[发明专利]使用具有目标氧化水平的离散碳纳米管的屏蔽配制剂及其配制剂

说明书

要求保护离散的个体化碳纳米管，其在管壁的内部和外部具有目标或选择性的氧化水平和/或含量。这种碳纳米管可以几乎没有或没有内管表面氧化，或者在管的内表面和外表面之间的氧化的量和/或类型不同。这些新的离散碳纳米管可用于电磁和射频屏蔽应用，尤其是在相对宽的频率范围内屏蔽基本上恒定的情况下。在弹性体、热塑性和热固性复合材料的配混和配制中可以使用添加剂如增塑剂以改善机械、电和热性能。

相关申请的交叉引用

本申请涉及2011年6月20日提交的USSN 13/164,456及其后续申请，以及2011年8月9日提交的USSN 13/140,029及其后续申请，和2017年4月7日提交的USSN 15/482,304，其各自的公开内容通过引用并入本文。本申请要求2017年10月11日提交的美国临时申请号62/571,101的优先权，其公开内容通过引用并入本文。

技术领域

本发明涉及使用新型的离散碳纳米管的组合物的屏蔽配制剂，所述离散碳纳米管具有目标氧化水平和/或含量，及其诸如与金属氧化物和/或增塑剂的配制剂。屏蔽配制剂包括电磁和射频屏蔽应用。

背景技术

碳纳米管可以通过管中的壁数来分类：单壁、双壁和多壁。目前，碳纳米管被制造为附着于基底的附聚纳米管球、束或丛。碳纳米管作为增强剂在弹性体、热塑性或热固性聚合物复合材料中的用途是其中预期碳纳米管具有显著效用的领域。然而，由于通常不能可靠地生产个体化的碳纳米管以及将个体化的碳纳米管分散在聚合物基质中的能力，因此在这些应用中碳纳米管的利用受到了阻碍。Bosnyak等人在各个不同的专利申请(例如，US2012-0183770 A1和US 2011-0294013 A1)中通过明智地基本上同时使用氧化和剪切力制造了离散的碳纳米管，从而氧化纳米管的内表面和外表面，通常在内表面和外表面上达到大致相同的氧化程度，形成个体化的或离散的管。

发明内容

本发明不同于那些早前Bosnyak等人的申请和公开内容。本发明描述了离散的个体化的碳纳米管的组合物，所述离散的个体化的碳纳米管在管壁的外部和/或内部具有目标或选择性的氧化水平和/或含量。这种新型碳纳米管可以几乎没有或没有内管表面氧化，或者在管的内表面和外表面之间的氧化量和/或类型不同。这些新的离散管可用于许多应用，包括增塑剂，然后可将其在弹性、热塑性和热固性复合材料的配混和配制中用作添加剂，以改善机械、电和热性能。

其它有用的应用包括电磁干扰(EMI)和射频干扰(RFI)屏蔽应用。目前，电子工业中有许多发展需要设备(例如电话和笔记本电脑)在1GHz-14 GHz频率范围内工作以跟上数据传输的高需求。电磁干扰(EMI)是影响电路的外部源的干扰，或反之。电磁屏蔽是减少干扰电子电路的电磁辐射透射的过程。EMI屏蔽效能(SE)以分贝(dB)为单位来度量，并且可以以功率衰减来表示。

SE＝10log(Pi/Pt)

其中Pi为入射功率，Pt为透射功率。SE是三个过程的总和：入射电磁波的反射、吸收和多次反射。辐射的反射是由于移动电荷载流子(电子和/或空穴)与电磁场相互作用。吸收要求材料具有与电磁场相互作用的电偶极子或磁偶极子。当辐射横穿两个或更多个反射界面时，发生多次反射。

已知金属由于对辐射的反射而具有高EMI屏蔽效能，但由于其重量、热量夹带和腐蚀可能性，所以对于如移动电话的应用而言不是好的材料。薄的金属涂层也主要反射并且在许多电路靠近在一起的情况下，串扰可产生问题。越来越优选吸收而不反射的EMI屏蔽材料。作为外壳的碳基聚合物复合材料最有希望作为具有一些屏蔽能力的轻质、高强度复合材料，其可以通过金属薄片或纤维增强。然而，在这些不连续相金属/碳纤维基复合材料中，随着频率增加到2GHz以上，屏蔽效能迅速降低以使得～-10dB/cm值是常见的，并且这些复合材料还具有相对小的吸收特性。随着电子元件的复杂性和小型化的增加，越来越难以通过金属外壳屏蔽。