基于多层结构的柔性超疏水高吸收电磁屏蔽复合薄膜及其制备方法

本发明属于电磁屏蔽功能材料，具体涉及一种基于多层结构的柔性超疏水高吸收电磁屏蔽复合薄膜及其制备方法。

背景技术：

1、随着现代科技水平的不断创新和发展，各式各样的电子设备在带来高效率便利的同时，其产生的电磁辐射也威胁着人们的健康和生活，因此迫切需要开发高性能的电磁屏蔽复合材料。

2、聚氨酯(tpu)凭借高张力、高拉力、强韧和耐老化等特性，被广泛应用于柔性电子、国防、医疗等行业。静电纺丝是高压静电下，聚合物溶液经拉伸获得纤维的制备方法，通过静电纺丝制备的纤维膜满足质轻、柔性的要求。专利cn114606763a中公开了一种基于碳纳米管复合水性聚氨酯的电磁屏蔽薄膜。该发明通过静电纺丝法、浸渍法和超声辅助制得的cnt-wpu纳米纤维薄膜具有优良的电磁干扰屏蔽性能，发现了静电纺丝在电磁屏蔽领域的出色潜力和可实施性。但聚合物的绝缘性限制了电磁屏蔽的效果，所以需要在聚合物中添加高导电的纳米材料以改变电磁屏蔽性能。但电导率高的材料屏蔽电磁波以反射为主，会造成电磁波二次污染，还是不利于保护环境。如专利cn114360772b公开了含金属微粒的碳纳米管复合薄膜及其制备方法和应用，金属会带来极高的反射损耗。因此引入吸波材料并且发挥吸波材料和反射材料的关系是至关重要的。

3、碳化硅微米晶须(sicw)作为一种半导体材料，是一种电介质型吸波材料，主要依靠介电极化损耗来消耗电磁波能量，具有密度小，强度大等特点，易实现于轻质，柔性，薄层等应用材料中。银纳米线(agnws)是一种导电纳米材料，在提高材料电导率的同时增加电磁屏蔽效能。基于这两种材料，我们需要思考一个结构，发挥好反射和吸波材料之间的协同作用。

4、多层结构复合薄膜由两个外层和一个中间层构成，其内层和外层分别由结构与物理性能不同的成分组成，从而达到更好的效果。但中间层和外层对电磁屏蔽的影响以及渗流阈值没有绝对的规律，因此设计出高电磁屏蔽性能且吸收系数高的复合膜是一个需要思考的问题。

技术实现思路

1、针对现有技术存在的不足，本发明提供了一种基于多层结构的柔性超疏水高吸收电磁屏蔽复合薄膜及其制备方法。

2、本发明利用传统静电纺丝方法制备agnws-tpu纤维膜，通过真空辅助过滤法，在agnws-tpu薄膜的两个表面上抽滤sicw层，之后整个薄膜浸渍pfdt，最终制备出具有多层结构的柔性超疏水高吸收电磁屏蔽复合材料。

3、本发明的技术方案如下：

4、一种基于多层结构的柔性超疏水高吸收电磁屏蔽复合薄膜，由芯层和芯层两侧的外层构成；芯层为agnws(银纳米线)-tpu(聚氨酯)纤维膜，通过静电纺丝方法制备而成，tpu作为基体，agnws作为填料；芯层两侧的外层以真空辅助抽滤的方法将sicw(碳化硅微米晶须)沉积在agnws-tpu纤维膜的两个表面上而形成；最后通过浸渍法引入pfdt(1h,1h,2h,2h-全氟癸硫醇)进行疏水处理，得到所述基于多层结构的柔性超疏水高吸收电磁屏蔽复合薄膜。

5、本发明所述的基于多层结构的柔性超疏水高吸收电磁屏蔽复合薄膜的制备方法如下：

6、(1)将tpu加入agnws分散液中，搅拌混匀作为纺丝液，经静电纺丝制得agnws-tpu纤维膜，真空干燥后备用；

7、优选agnws分散液的溶剂为dmf(n,n-二甲基甲酰胺)，agnws的质量分数为0.25～2.5％；

8、优选tpu加入agnws分散液中在室温下搅拌溶解2～6h，制得的纺丝液中tpu质量分数为15～30％；

9、优选静电纺丝的参数如下：纺丝电压8～15kv，接收距离10～15cm，收集器速度150～300rpm，纺丝速度0.5～2.0ml/h，纺丝时间为4～6h，纺丝环境温度15～30℃，相对湿度25～50％；

10、静电纺丝具有装置简单，工艺可控等优点，能够制备出孔隙率高，拉伸高的纳米纤维薄膜；可通过调节静电纺丝的时间来控制纤维膜的厚度，优选agnws-tpu纤维膜的厚度控制在＜100μm，纤维平均直径控制在500±50nm；

11、优选真空干燥的温度45～80℃，时间4～10h；

12、(2)将步骤(1)准备好的agnws-tpu纤维膜放在真空辅助抽滤装置上，倒入sicw水分散液，通过抽滤使sicw沉积附着在agnws-tpu纤维膜上，agnws-tpu纤维膜的另一面用同样的方法沉积附着sicw，干燥后制得具有多层结构的sicw/agnws-tpu/sicw复合膜；

13、sicw水分散液的制备方法如下：将sicw和分散剂加入到水中，进行超声处理，即得均匀分散的sicw水分散液；

14、其中，分散剂为羧甲基纤维素钠(cmc)或六偏磷酸钠(shp)；

15、优选sicw水分散液中，sicw的质量分数为10～50％，分散剂的质量分数为0.5～5％；

16、羧甲基纤维素钠是常用的阴离子表面活性剂，易溶于水；六偏磷酸钠是一种长链状的无机多聚磷酸盐，在水介质中能增大颗粒表面电位导致斥力增大以及水解产物吸附形成位阻效应的双重效应而实现颗粒的分散；碳化硅晶须作为一种半导体材料，具有吸波效能，其相对密度小、韧性好、强度高，屏蔽材料的优良吸波材料；超声波分散设备适合实验室规模、低粘度介质分散碳化硅晶须，因此可利用其制备出分散度良好的sicw水分散液；

17、优选agnws-tpu纤维膜一面的抽滤时间为20～60min；

18、优选干燥条件为：40～75℃，5～10h；

19、(3)将步骤(2)所得具有多层结构的sicw/agnws-tpu/sicw复合膜浸渍于pfdt乙醇溶液中，之后取出用酒精洗涤，室温干燥得到所述的基于多层结构的柔性超疏水高吸收电磁屏蔽复合薄膜；

20、优选pfdt乙醇溶液中，pfdt的质量分数为0.5～5％；

21、优选浸渍时间24～48h，干燥时间4～8h；

22、pfdt(1h,1h,2h,2h-全氟癸硫醇)是一种氟代有机硫醇，通过形成自主装单分子膜降低表面能，提供疏水性表面涂层。

23、本发明制备的电磁屏蔽复合薄膜柔软且轻质，受益于多层结构其“吸收-反射-再吸收”的机制赋予纳米纤维薄膜高吸收电磁屏蔽和良好的吸收系数。进一步经过超疏水改性可以应用于各种复杂环境下。

24、与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

25、本发明提供的纳米纤维膜具有良好的力学性能。聚氨酯包裹银纳米线的静电纺丝纤维薄膜作为内反射层，该层内部纤维的无规则排列和其含有的agnws有益于形成导电网络，提供大部分的电磁屏蔽效能，也是作为复合薄膜的柔性基底。两侧外层的sicw吸波层，能有效调节阻抗匹配，使得电磁波在外表面不会反射造成二次污染。多层结构的复合薄膜因“吸收-反射-再吸收”机制，使得电磁屏蔽复合薄膜有着高吸收性能。最后引入低表面能的疏水剂，使得薄膜可以应用于恶劣环境中，在航空航天、可穿戴、电子设备等环境下有着巨大的应用前景。