[发明专利]三维碳/四氧化三铁科赫分形层用于制备层状碳纤维电磁屏蔽复合材料的方法

说明书

本发明涉及一种三维碳/四氧化三铁科赫分形层用于制备层状碳纤维电磁屏蔽复合材料的方法，利用线切割的方式，制备出科赫分形图案，得到分形区和未分形区的模具之后，按照下列步骤执行：1)三维碳的制备；2)三维碳环氧树脂混合填料的制备；3)四氧化三铁环氧树脂混合填料的制备；4)吸收层的科赫分形层的制备；5)整体复合材料的制备。

技术领域

本发明属于复合材料领域，具体涉及一种制备层状碳纤维电磁屏蔽复合材料的方法。

背景技术

当今社会，随着电子设备的迅速普及和使用增加所导致的电子污染如电子噪音、电磁干扰(EMI)和射频干扰(RFI)迅速上升，导致电子设备功能不正常。金属及其合金可以作为最佳的电磁干扰屏蔽材料，但其重量大、成本高、耐腐蚀性低，限制了其在电磁干扰屏蔽中的应用。碳纤维高分子复合材料的出现正在逐渐取代金属和金属合金基的电磁干扰屏蔽材料，其具有重量轻、耐腐蚀性能好、电气、介电、热学、机械性能好等特性，对抑制电磁噪声非常有效。其中碳填料如：炭黑、、碳纳米管、石墨、石墨烯、氧化石墨烯、石墨烯纳米片、石墨烯纳米带、石墨烯纳米片等多种形式的碳纳米填料被人们广泛研究以作为代替金属基的填料。但碳材料在做成复合材料样品时，受尺寸、工艺和成本等因素的限制很难大量生产。因此碳材料应该作为填料的一种在复合材料中使用。同时我们也不应该忽视金属基作为传统电磁干扰屏蔽材料的优势，将先进的碳材料与传统的金属材料以一种新颖的方式结合起来制备的复合材料既能发挥不同种类填料的优势，又能取得优异的电磁干扰屏蔽效果。

目前电磁屏蔽复合材料的发展方向，可以归纳为以下三个方面：

一是多层结构设计，可以设计复合材料的阻抗匹配层、吸收层、反射层。阻抗匹配层可以使电磁波更好的进入吸波层；电磁波在吸波层得到吸收；同时在强反射层得到反射对电磁波进行多重吸收但是在这一方面存在只是简单的进行层状堆叠，缺少层间设计的问题。

二是多种损耗机制的应用，在吸收层的填料可以进行多种损耗机制的复合，如金属微粉、碳材料、导电高分子等的复合。但在这一方面存在的问题是填料在制备以后很难在真正的复合材料中进行应用。

三是对电磁防护材料进行超材料的图案化设计，使材料在某一频段具有超强的吸收效果；存在的问题是作用频段单一，不能满足多频段吸收的效果，同时成本高、工艺复杂。

文献表明，人们对提高碳纤维复合材料电磁屏蔽性能的手段主要集中在：将导电或导磁材料与碳纤维混合、和碳纤维表面改性两个方面。将导电或导磁材料与碳纤维混合的方法主要是在碳纤维复合材料的表面添加单一种类的碳纳米填料或四氧化三铁等导磁类材料，使得电磁波在传播的过程中通过导电材料或导磁材料进行损耗。碳纤维表面改性的方法一般是在碳纤维表面生长碳纳米管或化学镀附金属导磁材料，来提高碳纤维复合材料的电磁屏蔽性能。也有一些方法创新性的用分形理论将导电、导磁材料混合起来，达到特殊的电磁屏蔽效果。

在众多的分形理论当中，科赫分形理论由于其独特的尺寸效应，在不超过三角形外接圆面积的条件下，随着分形次数的不断增加，其周长在理论上可以无限增大，并且分形的过程中形成了大量规则分布的按一定规律变化的多元尺度空间，这样的特点会因为电磁波的特殊尺寸效应而产生特殊的电磁屏蔽效果。因此设计一种利用科赫分形理论形式分布的三维碳和四氧化三铁两种损耗机制的填料作为吸收层应用在碳纤维电磁防护复合材料，会产生良好的电磁屏蔽效果。在本发明中我们利用线切割的方式，制备出科赫分形图案，得到分形区和未分形区的模具。

发明内容

为了解决在宏观尺度将电损耗型电磁防护填料和磁损耗型电磁防护填料结合起来的问题，实现在高频和低频同时达到良好的屏蔽效果的目标，本发明提供一种制备层状碳纤维电磁屏蔽复合材料的方法。本发明由表层玻璃纤维作为透波层、中间由三维碳环氧树脂混合填料和四氧化三铁环氧树脂混合填料以科赫分形形式分布作为吸收层，底层由碳纤维作为反射层，组成层状设计的碳纤维电磁屏蔽复合材料，在6--12GHz显著提高了电磁屏蔽性能。本发明的技术方案如下：