【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于導電復合薄膜，特別涉及一種高強度且具有導電性及電磁屏蔽性能的復合薄膜及其制備方法和應用。
技術介紹
1、隨著信息技術的快速發展和電子系統的高度集成，電磁輻射污染和干擾已成為航空航天、軍事、人工智能、智能和可穿戴電子等領域的嚴重問題，因為它們能夠產生高功率電磁波輻射，這不僅會破壞相鄰設備的工作效率，還會威脅人類健康，因此對具有高導電性及電磁屏蔽性能的聚合物復合材料的需求顯著增加。
2、纖維材料具有良好的力學性能和柔韌性能，尤其是芳綸，具有廣泛的應用前景。近些年，越來越多的研究人員致力于開發具有高性能的芳綸基復合薄膜。agnws因其超高縱橫比、卓越的導電性、卓越的傳熱和卓越的機械性能而經常用于制造具有出色的導電材料及電磁屏蔽材料。隨著電磁屏蔽需求的提升，其電磁屏蔽效率仍然還達不到高端電子產品的要求。因此，設計制備一種具有高力學性能及具有優良電磁屏蔽性能的agnws復合材料，具有重要的科學意義和實際應用價值。
技術實現思路
1、為了克服現有技術中存在的上述缺點與不足，本專利技術的首要目的在于提供一種高強度且具有導電性及電磁屏蔽性能的復合薄膜，這是一種雙層結構多功能agnws-fe3o4/anf復合薄膜，該薄膜強度雙向導電增強的復合薄膜，不僅形成了高效的電磁屏蔽網絡，而且力學性能也得到了增強。
2、本專利技術的另一目的在于提供上述高強度且具有導電性及電磁屏蔽性能的復合薄膜的制備方法，在常溫下攪拌、超聲處理，然后一步抽濾，便可得到復合薄膜，方法簡單。p>
3、本專利技術的再一目的在于提供上述高強度且具有導電性及電磁屏蔽性能的復合薄膜的應用。
4、本專利技術的目的通過下述技術方案實現：
5、一種高強度且具有導電性及電磁屏蔽性能的復合薄膜，該復合薄膜具有雙層復合結構，其中一層為納米銀線(agnws)層，另外一層由芳綸納米纖維和fe3o4納米顆粒組成；所述納米銀線層是由納米銀線的聚乙烯吡咯烷酮分散液抽濾成膜，所述納米銀線的聚乙烯吡咯烷酮分散液中的聚乙烯吡咯烷酮的碳氧雙鍵與芳綸納米纖維中的氮氫鍵形成氫鍵相互作用。
6、所述fe3o4納米顆粒是粒徑為20-50納米的fe3o4納米顆粒；
7、所述芳綸納米纖維的直徑為5～100nm；
8、所述納米銀線(agnws)層在復合薄膜中的質量百分數為30～70wt％；所述fe3o4納米顆粒在復合薄膜中的質量百分數為0.5～10wt％。
9、更加優選地，所述納米銀線(agnws)層在復合薄膜中的質量百分數為40～60wt％；所述fe3o4納米顆粒在復合薄膜中的質量百分數為0.5～2wt％。
10、上述的一種高強度且具有導電性及電磁屏蔽性能的復合薄膜的制備方法，包括以下操作步驟：
11、(1)制備納米銀線(agnws)的聚乙烯吡咯烷酮分散液；制備芳綸納米纖維分散液；
12、(2)將fe3o4納米顆粒、芳綸納米纖維分散液加去離子水后混合，再加入納米銀線(agnws)分散液進行混合，納米銀線(agnws)的聚乙烯吡咯烷酮分散液中聚乙烯吡咯烷酮的碳氧雙鍵與芳綸纖維中的氮氫鍵形成氫鍵相互作用，經真空抽濾得到高強度且具有導電性及電磁屏蔽性能的復合薄膜。
13、步驟(1)所述制備納米銀線(agnws)的聚乙烯吡咯烷酮分散液具體按照以下操作步驟：
14、首先制備nacl的乙二醇溶液和agno3的乙二醇溶液，依次將agno3的乙二醇溶液和nacl的乙二醇溶液加入到塑料離心試管中，搖晃以均勻混合制備純白色氯化銀懸浮液；然后將氯化銀懸浮液加入預熱好的聚乙烯吡咯烷酮的乙二醇溶液中，溶液由透明無色變為棕紅色；接著加入新鮮制備的agno3溶液，在攪拌條件下和氮氣氣氛中進行反應，反應結束后冷卻至室溫，得到納米銀線的質量分數為10～50wt％的納米銀線(agnws)的聚乙烯吡咯烷酮分散液；所述聚乙烯吡咯烷酮平均分子量為1300000g/mol。
15、步驟(1)所述制備芳綸納米纖維分散液具體按照以下操作步驟：
16、將短切kevlar?49纖維和koh水溶液混合加入dmso中，在室溫下使用懸臂式攪拌器攪拌，通過對宏觀芳綸纖維進行去質子化裂解，然后加入去離子水，使用機械攪拌并超聲，得到了被質子化還原淡黃色凝膠狀的芳綸納米纖維，用去離子水洗滌以除去多余的dmso，最后將芳綸納米纖維分散到去離子水中得到濃度為2mg·ml-1的芳綸納米纖維(anf)分散液。
17、所述步驟(2)具體按照以下步驟：將芳綸納米纖維(anf)分散液和fe3o4納米顆粒混合超聲以達到均勻分散，然后真空輔助過濾到聚四氟乙烯微孔膜上，直到形成穩定的fe3o4/anf水凝膠膜；隨后，將納米銀線(agnws)的聚乙烯吡咯烷酮分散液抽濾到fe3o4/anf水凝膠膜上，所得復合薄膜在60℃和1mpa的條件下熱壓2小時，最后置于真空烘箱中以40℃烘干至完全干燥，得到了一側為納米銀線(agnws)層、另一側是由芳綸納米纖維和fe3o4納米顆粒組成的fe3o4/anf層的雙層結構多功能agnws-fe3o4/anf復合薄膜，即為高強度且具有導電性及電磁屏蔽性能的復合薄膜。
18、所述芳綸納米纖維(anf)分散液和fe3o4納米顆粒的質量比為1：4；
19、所述的超聲處理的時間為20～60min；
20、所述的聚四氟乙烯微孔膜為0.22μm的微孔濾膜。
21、一種由權利要求1所述的制備方法制備得到的高強度且具有導電性及電磁屏蔽性能的復合薄膜，所述復合薄膜的拉伸強度達到139.4gpa，電導率達到106s/m，電磁屏蔽常數達到80db。
22、上述的高強度且具有導電性及電磁屏蔽性能的復合薄膜在可穿戴設備、人工智能或高性能加熱設備等先進電子應用中的應用。
23、與現有技術相比，本專利技術具有以下優點和有益效果：
24、(1)本專利技術提供的高強度且具有導電性及電磁屏蔽性能的復合薄膜，其創新性在于：納米銀線(agnws)分散液中聚乙烯吡咯烷酮的碳氧雙鍵與芳綸納米纖維中的氮氫鍵形成氫鍵相互作用；通過氫鍵作用引入的納米芳綸纖維提高了薄膜的力學性能；此外，二維納米銀線(agnws)高效導電網絡與嵌入多層anf(芳綸納米纖維)中的三維磁性納米fe3o4粒子，在對電磁波的屏蔽效能協同增強作用；因此，本專利技術的高強度具有電磁屏蔽性能的導電薄膜，可以有效解決電子器件的電磁干擾問題，并且，優異的力學性能可以保證使用的穩定性。
25、(2)本專利技術提供的高強度且具有導電性及電磁屏蔽性能的復合薄膜的芳綸纖維經過質子化，通過削弱氫鍵并加強聚合物鏈之間的靜電排斥，可以將宏觀尺度的芳綸纖維轉化為納米纖維，并通過超聲法分散在去離子水中，以獲得均勻的芳綸納米纖維分散液；通過此方法獲得的芳綸納米纖維的丁達爾效應明顯，表明納米纖維分散良好。
26、(3)本專利技術提供的高強度且具有導電性及電磁屏蔽性能的復合薄膜的制備方法中，芳綸納米本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種高強度且具有導電性及電磁屏蔽性能的復合薄膜，其特征在于：該復合薄膜具有雙層復合結構，其中一層為納米銀線層，另外一層由芳綸納米纖維和Fe3O4納米顆粒組成；所述納米銀線層是由納米銀線的聚乙烯吡咯烷酮分散液抽濾成膜，所述納米銀線的聚乙烯吡咯烷酮分散液中的聚乙烯吡咯烷酮的碳氧雙鍵與芳綸納米纖維中的氮氫鍵形成氫鍵相互作用。
2.根據權利要求1所述的一種高強度且具有導電性及電磁屏蔽性能的復合薄膜，其特征在于：
3.根據權利要求1所述的一種高強度且具有導電性及電磁屏蔽性能的復合薄膜，其特征在于：所述納米銀線層在復合薄膜中的質量百分數為40～60wt％；所述Fe3O4納米顆粒在復合薄膜中的質量百分數為0.5～2wt％。
4.根據權利要求1所述的一種高強度且具有導電性及電磁屏蔽性能的復合薄膜的制備方法，其特征在于包括以下操作步驟：
5.根據權利要求4所述的制備方法，其特征在于：步驟(1)所述制備納米銀線的聚乙烯吡咯烷酮分散液具體按照以下操作步驟：
6.根據權利要求4所述的制備方法，其特征在于：步驟(1)所述制備芳綸納米纖維分散液
7.根據權利要求4所述的制備方法，其特征在于：所述步驟(2)具體按照以下步驟：將芳綸納米纖維分散液和Fe3O4納米顆粒混合超聲以達到均勻分散，然后真空輔助過濾到聚四氟乙烯微孔膜上，直到形成穩定的Fe3O4/ANF水凝膠膜；隨后，將納米銀線的聚乙烯吡咯烷酮分散液抽濾到Fe3O4/ANF水凝膠膜上，所得復合薄膜在60℃和1MPa的條件下熱壓2小時，最后置于真空烘箱中以40℃烘干至完全干燥，得到了一側為納米銀線層、另一側是由芳綸納米纖維和Fe3O4納米顆粒組成的Fe3O4/ANF層的雙層結構多功能AgNWs-Fe3O4/ANF復合薄膜，即為高強度且具有導電性及電磁屏蔽性能的復合薄膜。
8.根據權利要求7所述的制備方法，其特征在于：
9.一種由權利要求1所述的制備方法制備得到的高強度且具有導電性及電磁屏蔽性能的復合薄膜，其特征在于：所述復合薄膜的拉伸強度達到139.4Gpa，電導率達到106S/m，電磁屏蔽常數達到80dB。
10.根據權利要求9所述的高強度且具有導電性及電磁屏蔽性能的復合薄膜在可穿戴設備、人工智能或高性能加熱設備等先進電子應用中的應用。
...【技術特征摘要】
1.一種高強度且具有導電性及電磁屏蔽性能的復合薄膜，其特征在于：該復合薄膜具有雙層復合結構，其中一層為納米銀線層，另外一層由芳綸納米纖維和fe3o4納米顆粒組成；所述納米銀線層是由納米銀線的聚乙烯吡咯烷酮分散液抽濾成膜，所述納米銀線的聚乙烯吡咯烷酮分散液中的聚乙烯吡咯烷酮的碳氧雙鍵與芳綸納米纖維中的氮氫鍵形成氫鍵相互作用。
2.根據權利要求1所述的一種高強度且具有導電性及電磁屏蔽性能的復合薄膜，其特征在于：
3.根據權利要求1所述的一種高強度且具有導電性及電磁屏蔽性能的復合薄膜，其特征在于：所述納米銀線層在復合薄膜中的質量百分數為40～60wt％；所述fe3o4納米顆粒在復合薄膜中的質量百分數為0.5～2wt％。
4.根據權利要求1所述的一種高強度且具有導電性及電磁屏蔽性能的復合薄膜的制備方法，其特征在于包括以下操作步驟：
5.根據權利要求4所述的制備方法，其特征在于：步驟(1)所述制備納米銀線的聚乙烯吡咯烷酮分散液具體按照以下操作步驟：
6.根據權利要求4所述的制備方法，其特征在于：步驟(1)所述制備芳綸納米纖維分散液具體按照以下操作步驟...
【專利技術屬性】
技術研發人員：林樹東，卞福萍，黃睿，胡繼文，魏季巖，
申請(專利權)人：中科院廣州化學有限公司，
類型：發明
國別省市：
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