具有多孔结构的PDMS基电磁屏蔽复合薄膜的制备方法

技术领域

本发明属于聚合物基纳米复合材料技术领域，具体涉及具有多孔结构的PDMS基电磁屏蔽复合薄膜的制备方法。

背景技术

电磁屏蔽材料是指对受保护区域的电磁波进行衰减的一类材料，可用于防止泄露的电磁波对其他电子器件的影响。传统的电磁屏蔽材料以金属基为主，虽然具有良好的屏蔽性能，但其加工难度大、比重大、不宜弯折且耐化学腐蚀性差，难以满足电子信息行业不断发展的需求。聚合物基电磁屏蔽复合材料具有良好的柔韧性和可加工性，但是，当导电纳米填料在聚合物中的填充量较大时，聚合物基复合材料的强度和韧性变差，可加工性会降低；而当导电纳米填料在聚合物中的填充量较小时，难以形成有效的导电通路，复合材料的屏蔽性能降低。基于此，本发明通过糖模板法制备了可用于真空抽滤的PDMS多孔薄膜，将导电填料集中在表层，增加了导电填料的局部浓度，降低了导电填料的用量，构建了高效的导电网络用于电磁屏蔽领域。

中国专利（申请号：CN201910532348.8，申请日：2019-06-19，公开号：CN110241613A，公开日：2019-09-17）公开了一种柔性超薄高导热电磁屏蔽薄膜及其制备方法，该方法所制备的薄膜具备优良的柔韧性，且轻质超薄，电磁屏蔽性能优异，导热能力高，机械性能良好。然而，所制备的复合薄膜需将石墨烯和树脂分别置于溶剂中以获得均匀的分散液，且必须在后处理过程中将溶剂去除，不仅增加了成本且溶剂去除会造成环境污染。

发明内容

为克服上述现有技术的不足，本发明的目的是提供具有多孔结构的PDMS基电磁屏蔽复合薄膜的制备方法，该方法获得的电磁屏蔽复合材料具有柔韧、低填充和高屏蔽的特点。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：具有多孔结构的PDMS基电磁屏蔽复合薄膜的制备方法，包括以下步骤：

步骤1，将纯PDMS液体与葡萄糖充分搅拌，得到的混合物置于模具间，在烘箱固化后得到薄膜，将薄膜放置在热水中去除葡萄糖，即得到多孔的PDMS薄膜；

步骤2，将导电填料分散于无水乙醇中，置于超声器中进行分散，得到导电填料分散液；

步骤3，将步骤2所得的导电填料分散液经真空辅助抽滤沉积在步骤1所得的PDMS薄膜上，静置待乙醇挥发后，取0.2-0.5g未固化的PDMS进行封装，置于烘箱固化后，得到具有多孔结构的PDMS基电磁屏蔽复合薄膜。

所述的步骤1中，纯PDMS液体与葡萄糖的质量比为：1:0.8-1:5。

所述的步骤2中，导电填料分散液中的导电填料浓度为0.1-1.0mg/mL。

所述的步骤1中，薄膜在热水中的处理时间为1-2h。

所述的导电填料采用铜纳米线、多壁碳纳米管、石墨烯或银纳米线中的任意一种。

所述的铜纳米线，其制备方法又包括以下步骤：

步骤1，将氯化铜、葡萄糖、十六胺按摩尔比为1:3:3~3:10:13加入到100mL水中，充分搅拌，得到混合液；

步骤2，将步骤1所得的混合液移至80-130℃的油浴锅中，低速搅拌6-12h，停止加热后，先使用热水进行洗涤离心，再使用正己烷进行纯化；即得红棕色絮状铜纳米线；

步骤3，将步骤2所得的铜纳米线使用0.05-0.3g/L的硼氢化钠水溶液进行还原，即制备得到铜纳米线。本发明的有益效果是：

本发明以环境友好的糖模板法制备了一种可用于真空抽滤的多孔PDMS薄膜，采用真空辅助抽滤加以封装制得聚二甲基硅氧烷（PDMS）基电磁屏蔽复合薄膜。经真空辅助抽滤将导电填料集中在多孔PDMS薄膜表层，极大地提高了填料利用率与局部浓度，制得了柔性、低填充且高电磁屏蔽性能的PDMS基电磁屏蔽复合薄膜。本发明所采用的制备方法简单有效，成本低廉，制备过程绿色无污染，且乙醇可再次回收利用。所制备的PDMS基电磁屏蔽复合薄膜具有柔性、低填充和高电磁屏蔽性能等特性。因此，本发明的PDMS基电磁屏蔽复合薄膜适合用于可穿戴设备和电磁防护等领域。

本发明采用绿色环保的糖模板法辅助真空抽滤既避免了有机溶剂的使用，又构建了一种更加高效的导电网络。所制备的柔性、高屏蔽性能PDMS基电磁蔽复合薄膜在可穿戴设备、电子封装和通信防护等领域具有重要的应用价值。同时，本发明所制得的铜纳米线所需条件更加温和，用时更短，且电性能更加优异，基于此制得的PDMS/CuNWs复合薄膜具有更高的电磁屏蔽性能。

本发明的制备方法简单易操作，制备过程无有毒有害物质产生。

附图说明

图1是本发明实施例1中多孔PDMS薄膜断面的电子扫描电镜（SEM）图。

图2是本发明实施例1中PDMS/MWCNT电磁屏蔽复合薄膜与溶剂共混所得的PDMS/MWCNT复合材料的电磁屏蔽性能对比图。

图3是本发明实施例2中PDMS/CuNWs电磁屏蔽复合薄膜的电磁屏蔽性能图。

实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

本发明一种具有多孔结构的PDMS基电磁屏蔽复合薄膜的制备方法，具体包括以下步骤：

步骤1，将纯PDMS液体与葡萄糖充分搅拌，得到的混合物置于模具间，在烘箱固化后，将薄膜放置在热水中去除葡萄糖，即得到多孔的PDMS薄膜；

步骤2，将导电填料分散于无水乙醇中，置于超声器中进行分散，得到导电填料分散液；

步骤3，将步骤2所得的导电填料分散液经真空辅助抽滤沉积在步骤1所得的PDMS薄膜上，静置待乙醇挥发后，取0.2-0.5g纯的PDMS进行封装，置于烘箱固化后，得到具有多孔结构的PDMS基电磁屏蔽复合薄膜。

实施例

步骤1，称取2g纯PDMS液体，加入2.5g的葡萄糖搅拌均匀；在模具表面涂抹少量硅油，将纯PDMS与葡萄糖的混合物置于模具间，在烘箱固化后，将薄膜转移至热水中去除葡萄糖，薄膜去除葡萄糖的时间1h，待葡萄糖去除完毕，得到多孔的PDMS薄膜；

步骤2，称取0.020g多壁碳纳米管分散到30mL无水乙醇中，超声分散得到浓度为0.66mg/mL的MWCNT分散液；

步骤3，将MWCNT（导电填料）分散液经真空抽滤沉积在多孔PDMS薄膜表面，静置待乙醇自然挥发后，取0.4g纯PDMS进行封装，乙醇挥发时间为2h，将未固化的复合材料再次置于烘箱，固化后既得MWCNT面密度为1.6mg/cm

实施例

步骤1，称取2g未固化的PDMS液体，加入2.5g的葡萄糖搅拌均匀；在模具表面涂抹少量硅油，将纯PDMS液体与葡萄糖的混合物置于模具间，在烘箱固化后，将薄膜转移至热水中去除葡萄糖，薄膜去除葡萄糖的时间1.5h，待葡萄糖去除完毕，得到多孔的PDMS薄膜；

步骤2，称取0.020g铜纳米线分散到30mL无水乙醇中，超声分散得到浓度为0.66mg/mL的CuNWs分散液；

步骤3，将CuNWs（导电填料）分散液经真空抽滤沉积在多孔PDMS薄膜表面，待乙醇自然挥发后取少量PDMS进行封装，乙醇挥发时间为2.5h，将未固化的复合材料再次置于烘箱，固化后既得CuNWs面密度为1.6mg/cm

实施例

具有多孔结构的PDMS基电磁屏蔽复合薄膜的制备方法，包括以下步骤：

步骤1，将纯PDMS液体与葡萄糖充分搅拌，得到的混合物置于模具间，在烘箱固化后，将薄膜放置在热水中去除葡萄糖，即得到多孔的PDMS薄膜；

步骤2，将导电填料分散于无水乙醇中，置于超声器中进行分散，得到导电填料分散液；

步骤3，将步骤2所得的导电填料分散液经真空辅助抽滤沉积在步骤1所得的PDMS薄膜上，静置待乙醇挥发后，取0.2g未固化的PDMS进行封装，置于烘箱固化后，得到具有多孔结构的PDMS基电磁屏蔽复合薄膜。所述的步骤1中，PDMS与葡萄糖的质量比为1:0.8。

所述的步骤1中，薄膜去除葡萄糖的时间1h。

所述的步骤2中，导电填料分散液中的导电填料浓度为0.1 mg/mLPDMS。

实施例

具有多孔结构的PDMS基电磁屏蔽复合薄膜的制备方法，包括以下步骤：

步骤1，将纯PDMS液体与葡萄糖充分搅拌，得到的混合物置于模具间，在烘箱固化后，将薄膜放置在热水中去除葡萄糖，即得到多孔的PDMS薄膜；

步骤2，将导电填料分散于无水乙醇中，置于超声器中进行分散，得到导电填料分散液；

步骤3，将步骤2所得的导电填料分散液经真空辅助抽滤沉积在步骤1所得的PDMS薄膜上，静置待乙醇挥发后，取0.3g未固化的PDMS进行封装，置于烘箱固化后，得到具有多孔结构的PDMS基电磁屏蔽复合薄膜。

所述的步骤1中，PDMS与葡萄糖的质量比为1:3。

所述的步骤1中，薄膜去除葡萄糖的时间1.5h。

所述的步骤2中，导电填料分散液中的导电填料浓度为0.6mg/mL。

实施例

具有多孔结构的PDMS基电磁屏蔽复合薄膜的制备方法，包括以下步骤：

步骤1，将纯PDMS液体与葡萄糖充分搅拌，得到的混合物置于模具间，在烘箱固化后，将薄膜放置在热水中去除葡萄糖，即得到多孔的PDMS薄膜；

步骤2，将导电填料分散于无水乙醇中，置于超声器中进行分散，得到导电填料分散液；

步骤3，将步骤2所得的导电填料分散液经真空辅助抽滤沉积在步骤1所得的PDMS薄膜上，静置待乙醇挥发后，取0.5g纯PDMS进行封装，置于烘箱固化后，得到具有多孔结构的PDMS基电磁屏蔽复合薄膜。

所述的步骤1中，PDMS与葡萄糖的质量比为1:5。

所述的步骤1中，薄膜去除葡萄糖的时间2h。

所述的步骤2中，导电填料分散液中的导电填料浓度为1.0 mg/mL。

实施例

铜纳米线的制备方法，具体包括如下步骤：

步骤1，将氯化铜、葡萄糖、十六胺按摩尔比1:3:3加入到100mL水中，充分搅拌；

步骤2，将步骤1所得的混合液移至80℃的油浴锅中，低速搅拌6h，停止加热后，先使用热水进行洗涤离心，再使用正己烷进行纯化；即得红棕色絮状铜纳米线；

步骤3，将步骤2所得的铜纳米线使用0.05g/L的硼氢化钠水溶液进行还原，即制备得到铜纳米线。

实施例

铜纳米线的制备方法，具体包括如下步骤：

步骤1，将氯化铜、葡萄糖、十六胺按摩尔比2:7:7加入到100mL子水中，充分搅拌；

步骤2，将步骤1所得的混合液移至105℃的油浴锅中，低速搅拌9h，停止加热后，先使用热水进行洗涤离心，再使用正己烷进行纯化；即得红棕色絮状铜纳米线；

步骤3，将步骤2所得的铜纳米线使用0.2g/L的硼氢化钠水溶液进行还原，即制备得到铜纳米线。

实施例

步骤1，将氯化铜、葡萄糖、十六胺按摩尔比3:10:13加入到100mL水中，充分搅拌；

步骤2，将步骤1所得的混合液移至130℃的油浴锅中，低速搅拌12h，停止加热后，先使用热水进行洗涤离心，再使用正己烷进行纯化；即得红棕色絮状铜纳米线；

步骤3，将步骤2所得的铜纳米线使用0.3g/L的硼氢化钠水溶液进行还原，即制备得到铜纳米线。

实施例1所得PDMS/MWCNT电磁屏蔽复合薄膜断面的电子扫描电镜（SEM）如图1所示；如图2所示局部微区中的MWCNT彼此搭接构建了良好的导电网络；图3所示PDMS/MWCNT电磁屏蔽复合薄膜与溶剂共混所得的PDMS/MWCNT复合材料的电磁屏蔽性能对比，本发明方法所得的复合薄膜MWCNT仅约为1wt%时比溶剂共混所得的复合薄膜MWCNT约为20 wt%的电磁屏蔽性能更加优异，表明本发明方法对填料利用率具有极大地提高。因此，预估其他导电填料沉积在多孔PDMS薄膜表面后也同样可以获得高效的电磁屏蔽性能。

本发明一种具有多孔结构的PDMS基电磁屏蔽复合薄膜的制备方法的特点为，本发明以环境友好的糖模板法优先制备了一种可用于真空抽滤的多孔PDMS薄膜，辅助真空抽滤将预先分散好的导电填料分散液沉积在多孔PDMS薄膜表面，制备了一种柔韧、低填充且高性能的PDMS基电磁屏蔽复合薄膜。