[发明专利]一种低电导率非磁性太赫兹屏蔽复合材料及其制备方法

说明书

本发明属于电子材料技术领域，具体为一种低电导率非磁性太赫兹屏蔽复合材料及其制备方法。该复合材料包括有机硅橡胶与MXene的混合基底层和超薄导电铜层；超薄导电铜层为铜纳米粒子构成的金属层。本发明采用热压成型、自催化化学镀等技术手段，制备出一种具有三明治结构的“(有机硅橡胶与MXene混合体)‑Cu‑(有机硅橡胶与MXene混合体)”复合材料；所制备的复合材料电气绝缘性优异且无磁性，但具有良好的太赫兹屏蔽性能；由于铜层与MXene层的协同复合作用，使得在未引入磁性金属的情况下，制备的太赫兹屏蔽复合材料在0.1‑2.2THz范围内具有超过38dB的平均屏蔽效能，而电导率低至0.7S/m。

技术领域

本发明属于电子材料技术领域，具体为一种低电导率非磁性太赫兹屏蔽复合材料及其制备方法。

背景技术

2021年在杭州召开的未来技术研讨会上，太赫兹(THz)技术被列为了“改变世界的十大技术”之一，可见THz技术对未来发展的重要性。目前，THz技术已在诸多领域有了实际应用，如：缺陷检测、材料无损识别和安检成像等。然而，随之而来的THz辐射会干扰周围电子器件的正常工作，严重时甚至威胁人们的生命健康。因此，开发性能良好的THz屏蔽材料成为当前电子材料领域的研究热点之一。目前，电磁屏蔽材料填料主要包括导电聚合物(聚吡咯、碳纳米管、聚噻吩)、碳基材料(碳纳米管、石墨烯、炭黑)、金属纳米材料(铜纳米线、银纳米线、银纳米粒子)和二维过渡金属碳化物/氮化物。虽然各填料具体组分不同，但这些填料一般都具有较好的导电性能；在快速运行的THz系统中，这些导电性能良好的材料将不可避免地带来局部过热、系统短路烧毁等故障问题。减少填料用量虽可以降低导电性能，但材料的屏蔽效能也会随之下降，在不牺牲THz电磁屏蔽性能的情况下，提高材料的电气绝缘性能具有极大的挑战性。

为制备出具有电气绝缘性的非磁性太赫兹屏蔽材料，波兰华沙工业大学ZdrojekA等人将石墨烯填充至聚二甲基硅氧烷(PDMS)中，并通过控制填充量使其不形成导电通道，制备的复合材料在0.1-1.8THz范围内屏蔽效能近15dB。为提升材料太赫兹屏蔽效能，加州大学河边分校Balandin A A等人将长径比高达10⁶的准一维材料TaSe₃填充至环氧树脂中，在1.3％填充量下复合材料在0.22-0.32THz频率范围内屏蔽效能达56-75dB；然而，该材料太赫兹屏蔽有效带宽仅0.1THz，频率也相对较低，一定程度上限制了其实际应用。

发明内容

本发明目的在于针对以上技术问题，提供一种低电导率非磁性太赫兹屏蔽复合材料及其制备方法。该方法中提出采用热压成型、自催化化学镀等技术手段，制备出一种具有三明治结构的“(有机硅橡胶与MXene混合体)-Cu-(有机硅橡胶与MXene混合体)”复合材料。特别地，通过一系列接枝改性，解决了MXene在高分子树脂中不均匀分散进而造成材料性能差的问题。

为了实现以上发明目的，本发明的具体技术方案为：

一种低电导率非磁性太赫兹屏蔽复合材料，包括有机硅橡胶与MXene的混合基底层和超薄导电铜层；其中所述混合基底层为有机硅橡胶与MXene混合体；所述超薄导电铜层为铜纳米粒子构成的金属层。

有机硅橡胶与MXene的混合基底层表面具有金属铜的导电涂层，是指将基底层表面金属化，具体工艺包括：1)热压成型；2)硅烷偶联剂改性接枝；3)铜纳米粒子自催化活化及化学镀金属等。

上述的一种低电导率非磁性太赫兹屏蔽复合材料的制备方法，具体包括以下步骤：

步骤(1)：将有机硅橡胶生胶与硫化固化剂按照一定质量比例均匀混合；

步骤(2)：将KH590硅烷偶联剂水解后加入步骤(1)的混合物中搅拌均匀，随后再加入一定量的MXene，在室温条件下不断搅拌；

步骤(3)：将步骤(2)中混合物转移至电加热液压机中，在一定压强与温度下加压固化；