一种梯度电磁屏蔽复合材料及其制备方法和应用

本发明属于电磁屏蔽材料，具体涉及一种梯度电磁屏蔽复合材料及其制备方法和应用。

背景技术：

1、近年来，随着无线通信和数字系统的迅猛发展，电磁辐射污染已成为继水污染、大气污染和噪声污染之后的第四大污染源。不良的电磁辐射不仅会干扰电子设备的正常运行，还会威胁到企业乃至国家的信息安全以及人体健康。因此，迫切需要制备高性能的电磁屏蔽材料来消除多余的电磁辐射。

2、相比于传统金属和金属基屏蔽材料易腐蚀、加工困难、质量高和二次电磁污染等缺点，聚合物基复合材料在轻量化、低成本和可加工性等方面表现出巨大的优势。电磁屏蔽材料的屏蔽性能取决于材料的电导率、磁导率和结构。事实上，磁性金属与导电碳质复合不仅可以结合两种材料的优点，还可以通过协同作用显著提高电磁干扰屏蔽性能。

3、相比于单层屏蔽结构材料，多层屏蔽结构材料在材料选择及结构优化等方面具有跟大的设计空间。通过合理的梯度结构设计，不仅可以有效调节阻抗匹配，还能够引入更多层界面，使电磁波在材料内部经多次反 射，从而获得更好的屏蔽效果。然而，多层屏蔽结构的可控设计仍然是一个巨大的挑战。

技术实现思路

1、针对传统金属材料密度高、易腐蚀、难加工等问题，本发明提供了一种梯度电磁屏蔽复合材料及其制备方法和应用。

2、为了达到上述目的，本发明采用了下列技术方案：

3、一种梯度电磁屏蔽复合材料，所述梯度电磁屏蔽复合材料的原材料包括高粘结性树脂、碳材料和金属盐；所述梯度电磁屏蔽复合材料包括上、中、下三层结构，上层是负载磁性纳米金属颗粒的膜层作为电磁波入射层；中层是磁性碳材料膜层作为电磁波耗散层；底层是碳材料膜层作为电磁波反射层。

4、进一步，所述高粘结性树脂为聚偏氟乙烯树脂、聚氨酯树脂、环氧树脂、聚乙烯树脂中的一种或几种；所述碳材料为石墨烯纳米片、碳纳米管、mxene衍生物中的一种或几种；所述金属盐为镍盐、钴盐、铁盐中的一种或几种。

5、进一步，所述电磁波反射层的厚度为300um~500um；所述电磁波耗散层厚度为200um~300um；所述入射层厚度为200um~300um。

6、一种梯度电磁屏蔽复合材料的制备方法，包括以下步骤：

7、步骤1，将碳材料和高粘结性树脂搅拌混合后涂覆于玻璃基体上，真空干燥，得到电磁波反射层；

8、步骤2，将金属盐与溶剂混合，再加入碳材料继续混合，然后加入碱和水合肼再次混合，进行反应，得到磁性碳材料；将磁性碳材料和高粘结性树脂经搅拌混合后，涂覆于电磁波反射层上，真空干燥，得到电磁波耗散层；

9、步骤3，将金属盐与溶剂混合，然后加入碱和水合肼再次混合后，进行反应，得到磁性纳米颗粒；将磁性纳米颗粒和树脂经搅拌混合后，再次涂覆于电磁波耗散层上，真空干燥，得到电磁波入射层。

10、进一步，所述步骤1中碳材料和高粘结性树脂的质量比为（30~50）：（50~70）。

11、进一步，所述步骤2中所述金属盐与碳材料的质量比为（2~4）：（8~6）；所述金属盐与碱的质量比为1：（3~5）；所述金属盐与水合肼的质量比为（8~10）：1；所述步骤2中磁性碳材料和高粘结性树脂的质量比为（30~50）：（50~70）。

12、进一步，所述步骤2中的溶剂为去离子水、乙醇或乙二醇中的一种或几种；所述碱为氢氧化钾或氢氧化钠中的一种。

13、进一步，步骤1~步骤3的反应仪器为常压微波化学反应器mcr-3，反应条件为800w，60℃，15min。

14、进一步，所述混合的方式为超声分散；所述步骤2和步骤3中混合的时间为5~10min；所述步骤1和3中的真空干燥是在150℃下5h。

15、一种梯度电磁屏蔽复合材料在5g通讯或航空航天中的应用。

16、与现有技术相比本发明具有以下优点：

17、1）本发明提供的梯度电磁屏蔽复合材料，通过三层不对称结构设计，在制备过程中自然形成的导磁双梯度结构，使得复合膜具有良好的阻抗匹配和“吸收-反射-再吸收”的电磁干扰屏蔽机制，表现出优异的电磁干扰（emi）屏蔽效果和吸收效率。当三层膜的厚度为0.9 mm时，对x波段（8.2ghz~12.4ghz）的电磁屏蔽效能达到55.43db~70.13db，足以抵挡99%的电磁波辐射。剃度复合材料可作为优良的电磁屏蔽材料，并且该复合材料制备方法操作简单，安全可控，可大规模制备，应用前景广阔。

18、2）本发明制备的磁性碳材料和磁性纳米颗粒周期短，反应条件温和，而现有技术中制备磁性碳材料和磁性纳米颗粒的制备时间较长，反应温度较高，磁性碳材料和磁性纳米颗粒的水热反应时间一般需要10h~15 h，温度110℃~170℃，高温热还原的时间一般为2h~4 h，反应温度高达800℃~1000℃，而本发明中制备的磁性碳材料和磁性纳米颗粒的时间只需15 min，缩短合成周期。

技术特征：

1.一种梯度电磁屏蔽复合材料，其特征在于：所述梯度电磁屏蔽复合材料的原材料包括高粘结性树脂、碳材料和金属盐；所述梯度电磁屏蔽复合材料包括上、中、下三层结构，上层是负载磁性纳米金属颗粒的膜层作为电磁波入射层；中层是磁性碳材料膜层作为电磁波耗散层；底层是碳材料膜层作为电磁波反射层。

2.根据权利要求1所述的一种梯度电磁屏蔽复合材料，其特征在于：所述高粘结性树脂为聚偏氟乙烯树脂、聚氨酯树脂、环氧树脂、聚乙烯树脂中的一种或几种；所述碳材料为石墨烯纳米片、碳纳米管、mxene衍生物中的一种或几种；所述金属盐为镍盐、钴盐、铁盐中的一种或几种。

3.根据权利要求1所述的一种梯度电磁屏蔽复合材料，其特征在于：所述电磁波反射层的厚度为300um~500um；所述电磁波耗散层厚度为200um~300um；所述入射层厚度为200um~300um。

4.一种如权利要求1所述的梯度电磁屏蔽复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

5.根据权利要求4所述的一种梯度电磁屏蔽复合材料的制备方法，其特征在于：所述步骤1中碳材料和高粘结性树脂的质量比为（3~5）：（5~7）。

6.根据权利要求4所述的一种梯度电磁屏蔽复合材料的制备方法，其特征在于：所述步骤2中所述金属盐与碳材料的质量比为（2~4）：（8~6）；所述金属盐与碱的质量比为1：（3~5）；所述金属盐与水合肼的质量比为（8~10）：1；所述步骤2中磁性碳材料和高粘结性树脂的质量比为（3~5）：（5~7）。

7.根据权利要求4所述的一种梯度电磁屏蔽复合材料的制备方法，其特征在于：所述步骤2中的溶剂为去离子水、乙醇或乙二醇中的一种或几种；所述碱为氢氧化钾或氢氧化钠中的一种。

8.根据权利要求4所述的一种梯度电磁屏蔽复合材料的制备方法，其特征在于：步骤2和步骤3的反应仪器为常压微波化学反应器mcr-3，反应条件为800w，60℃，15min。

9.根据权利要求4所述的一种梯度电磁屏蔽复合材料的制备方法，其特征在于：所述混合的方式为超声分散；所述步骤2和步骤3中混合的时间为5~10min；所述步骤1和3中的真空干燥是在150℃下5h。

10.根据权利要求1~3任意一项所述的一种梯度电磁屏蔽复合材料或者权利要求4~9任意一项所述的制备方法制得的梯度电磁屏蔽复合材料在5g通讯或航空航天中的应用。

技术总结本发明公开了一种梯度电磁屏蔽复合材料及其制备方法和应用，属于电磁屏蔽材料技术领域。针对传统金属材料密度高、易腐蚀、难加工等问题，本发明以高粘结性树脂为基体，以碳材料、磁性碳材料和磁性纳米金属纳米颗粒中的一种或几种为导电填料，通过溶液共混和逐层涂覆工艺制备得到梯度复合材料，包括反射层和复合在反射层上的入射层和耗散层，反射层为碳材料膜层；耗散层为磁性碳材料膜层；入射层为磁性纳米金属颗粒膜层。通过多层对比发现：当三层复合膜的厚度在0.9 mm时，对X波段（8.2~12.4GHz）的电磁屏蔽效能达到55.43~70.13dB。本发明梯度电磁屏蔽复合材料制备周期短，操作简单，安全可控，可大规模制备，能够通过涂覆在各种基底上有效防止电磁波的干扰。技术研发人员：王鹤峰,赵宏婷,罗居杰,马晨,王月祥,靳宇曦受保护的技术使用者：太原理工大学技术研发日：技术公布日：2024/7/25