[发明专利]一种低反射高屏蔽水性聚氨酯电磁屏蔽复合泡沫的制备方法

说明书

本发明涉及功能复合材料领域，具体为一种低反射高屏蔽的水性聚氨酯/石墨烯负载铁钴/膨胀微球负载银电磁屏蔽复合泡沫的制备方法。本发明通过调控不同填料的密度以及充分利用冷冻取向方法来实现屏蔽材料的低反射高屏蔽特征。首先将具有优异电导率的膨胀微球负载银纳米粒子和导电性能与磁性能均衡的石墨烯负载铁钴纳米粒子与水溶性聚氨酯混合，通过冷冻干燥法制备电磁屏蔽泡沫。通过调控不同类型填料的密度实现填料的局部分布，上层低密度高导电膨胀微球负载银纳米粒子能够保证泡沫屏蔽性能的高效化；下层高密度磁性石墨烯负载铁钴纳米粒子能够降低电磁波反射，同时通过磁滞损耗对电磁波进行有效吸收。获得具有低反射高屏蔽特征电磁屏蔽复合泡沫。

技术领域

本发明涉及功能复合材料领域，具体为一种低反射高屏蔽的水性聚氨酯/石墨烯负载铁钴/膨胀微球负载银电磁屏蔽复合泡沫的制备方法。

背景技术

随着通讯、广播、雷达以及家用电器等各类电磁辐射系统的广泛应用，复杂、恶劣的电磁环境已经成为人们看不见、听不着也不易察觉的第4大污染，即电磁污染。电磁污染、甚至电磁脉冲武器系统的应用，给船舶电子系统、电磁脉冲测试系统以及电子设备的设计带来了新的挑战，即系统的电磁兼容性问题，也造成了越来越多的灾害和事故。因此，开发出频带宽、屏蔽效能高的电磁屏蔽材料对于电磁危害防护的意义重大。

随着现代电子工业的迅速发展，高度集成的高功率无线通信系统和电子设备急剧增加，制备具有高屏蔽效能的轻质电磁屏蔽泡沫已经成为亟待解决的问题。提高电磁屏蔽复合材料的电导率是实现其屏蔽效能高效化的有效手段[Shahzad,Faisal,et al.Science353.6304(2016):1137-1140；Lee,Tae-Won,et al.ACS Appl.Mater.Interfaces 8.20(2016):13123-13132；Jia,Li-Chuan,et al.ACS Appl.Mater.interfaces 10.14(2018):11941-11949.]，但是较高的电导率往往会使入射电磁波在屏蔽材料表面大量反射，造成二次污染。尤其在高精密的电子仪器中，反射的电磁波会对仪器设备本身造成干扰，因此制备具有低反射特征高屏蔽效能的屏蔽泡沫显得尤为重要。

发明内容

本发明的目的是为了提供一种制备工艺简单且具有低反射和高屏蔽特性的水性聚氨酯/石墨烯负载铁钴/膨胀微球负载银电磁屏蔽复合泡沫的制备方法。

本发明是通过以下技术方案实现的：一种低反射高屏蔽的水性聚氨酯/石墨烯负载铁钴/膨胀微球负载银电磁屏蔽复合泡沫的制备方法，石墨烯负载铁钴纳米粒子、膨胀微球负载银纳米粒子以及水性聚氨酯共混均匀后，低密度的膨胀微球负载银纳米粒子会浮于水性聚氨酯溶液上层、高密度的石墨烯负载铁钴纳米粒子会沉于水性聚氨酯溶液下层，然后将混合溶液放到浸入在液氮中的冷台上，利用温度梯度使冰晶自下而上生长，冰晶生长过程一方面驱使膨胀微球负载银纳米粒子进一步分布于混合溶液上层，另一方面使聚氨酯形成取向结构，待溶液完全冷冻后转移至冷冻干燥机，利用冷冻干燥的方法去除水分，得到具有低反射高屏蔽特征的水性聚氨酯/石墨烯负载铁钴/膨胀微球负载银电磁屏蔽复合泡沫。

作为本发明技术方案的进一步改进，所述复合泡沫中石墨烯负载铁钴纳米粒子的含量为5wt％～10wt％，膨胀微球负载银纳米粒子的含量为5wt％～15wt％。

作为本发明技术方案的进一步改进，所述石墨烯负载铁钴纳米粒子的密度为8.38g/cm³，电导率为2×10^-2S/m，磁饱和强度为39.7emu/g。

作为本发明技术方案的进一步改进，所述膨胀微球负载银纳米粒子的密度为0.027g/cm³，电导率为5.2×10⁴S/m。

作为本发明技术方案的进一步改进，水性聚氨酯的密度为0.95g/cm³，固含量为35wt％(水性聚氨酯的固含量)。