[发明专利]具有电磁吸波效应的柔性疏水碳化硅纳米纤维布的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于吸波型陶瓷纳米纤维布的制备方法，具体涉及一种具有电磁吸波效应的柔性疏水碳化硅纳米纤维布的制备方法。

背景技术

随着社会的快速发展无论是商业工业还是军事领域对于大功率集成电路的需求越来越多，然而这些电子设备所产生的电磁波对于人类的生活和健康已经产生了严重的问题。所以为了避免人类免受高频电磁波的伤害对于高效的电磁吸波和屏蔽材料的需求急剧增加。已经有大量的关于电磁吸波材料放方面的报导，材料的柔韧性和疏水特性是影响着电磁吸波材料实际应用的两个重要因素无论是在民用领域还是在军用领域。特备是对于应用于隐身战斗机、空天飞行器、可移动电话等领域的电磁吸波材料，为了满足不同结构和应用环境所用电磁吸波材料必须具有优异的特性例如：柔韧性、疏水性、耐酸碱腐蚀特性、高温稳定性等。具有3.0eV的宽禁带半导体SiC具有许多优异的物理化学性质例如：高的热导率、低的热膨胀系数(4.7*10^-6K^-1)、优异的化学惰性、较高的击穿电压，这些优异的性质使它在高温传感器和功率开关器件方面有较大的应用。另外由于SiC的电磁吸波特性使它在高温电磁吸波方面有所应用。无论是和金属材料聚合物材料或是碳材料相比，SiC有很多优点但是其脆性极大的限制了其应用。在过去几十年里一维SiC材料引起了广泛关注特别是SiC纤维，SiC纤维兼柔韧电阻可调和耐高温等优点于一身，传统的制备SiC纤维的方法包括：(1)化学气相沉积(CVD)。(2)碳热还原法。(3)粉末烧结法。(4)聚合物转化陶瓷法。这些方法所合成出来的SiC纤维的直径通常在7到140个微米之间。众所周知当材料的尺寸下降到纳米级别的时候所表现出来的物理化学与宏观尺寸截然不同例如：热导率和电导率的提高、光催化活性的增加、力学强度的提升等。

电纺丝技术由于其所制备的纤维具有直径尺寸可调控的特性而受到广泛关注，而且电纺丝所需设备非常简单且成本低，电纺丝所需设备包括：一个高压电源、一个注射器、一个纺丝针头和一块收集板。由于电纺丝技术的简单可行高已被用来制备很多陶瓷纳米纤维包括：TiO2纳米纤维、ZnO/SnO2复合纳米纤维、Al2O3纳米纤维。

针对传统制备SiC纤维的方法上的不足，及其直径较粗等缺点，提出以电纺丝结合聚合物转化陶瓷的方法来制备出纳米尺寸的SiC纤维。所制备出的SiC纳米纤维布兼具柔韧性疏水性和电磁吸波功能于一身。

发明内容

要解决的技术问题

为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种具有电磁吸波效应的柔性疏水碳化硅纳米纤维布的制备方法，制备的柔性疏水碳化硅纳米纤维布能够满足电磁吸波材料的特殊要求。

技术方案

一种具有电磁吸波效应的柔性疏水碳化硅纳米纤维布的制备方法，其特征在于步骤如下：

步骤1、纺丝原料的配置：将聚乙烯吡咯烷酮PVP置于纺丝溶剂中，再加入聚碳硅烷PCS，搅拌均匀得到纺丝原料；所述纺丝溶剂的质量比为20％的二甲基甲酰胺与80％的氯仿的混合溶剂；所述加入的聚乙烯吡咯烷酮PVP为纺丝溶液总质量的3.5％-5.6％；所述加入的聚碳硅烷PCS为纺丝溶液总质量的8.7％-11.8％；

步骤2、制备出PCS/PVP前驱体纳米纤维布：将纺丝原料置于注射器中，以内径为0.3毫米的电纺丝针头作为纺丝针头，纺丝针头与纺丝收集器的距离为17厘米，调节纺丝电压与纺丝流速的参数进行纺丝，得到PCS/PVP前驱体纳米纤维布；所述步骤2中调节纺丝电压与纺丝流速的参数配置为：纺丝电压为17kV～23kV，调节纺丝流速为0.003mm/s～0.007mm/s；

步骤3：将PCS/PVP前驱体纳米纤维布置于真空干燥箱中70℃真空干燥24小时，然后置于烘箱中进行固化；

步骤4、对固化后的PCS/PVP前驱体纳米纤维的热处理工艺：将固化好的PCS/PVP前驱体纳米纤维至于管式炉中进行煅烧，完成PCS/PVP前驱体纳米纤维的热处理，得到去除PVP同时使PCS热解烧结制备出具有电磁吸波效应的柔性疏水SiC纳米纤维布。

所述步骤1中加入的聚乙烯吡咯烷酮PVP为纺丝溶剂总质量的5％，加入的聚碳硅烷PCS为纺丝溶剂总质量的10％。

所述步骤2中调节纺丝电压与纺丝流速的参数配置为：当选定纺丝流速为0.003mm/s时，纺丝电压为17kV～23kV；当选定纺丝电压为20kV时，调节纺丝流速为0.003mm/s～0.007mm/s。