一种电磁波吸收复合薄膜的制备方法及所得产品的应用

本发明涉及一种电磁波吸收复合薄膜的制备方法，还涉及按照该方法得到的产品以及该产品在电磁波吸收及导热填料领域的应用，属于纳米材料制备和应用。

背景技术

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背景技术：

1、随着通信技术的飞速发展和小型移动电子设备的日益增多，不可避免地产生了严重的电磁污染问题，包括干扰通信系统、影响人体健康、引发爆炸事故等。新兴的高度小型化和集成化5g无线设备的商业化要求微波吸收材料(mams)具有易于加工、涂层薄、重量轻和机械弹性，可以传输热量和电能，同时具有增强的微波吸收能力。然而，目前许多研究都集中在通过调节其形态和组成来优化阻抗匹配和提高电磁响应能力，而很少有研究致力于增强其在低温、高湿和雪地等极端条件下的环境适应性。例如，冰积所施加的额外重力载荷会对机翼造成机械损伤，从而破坏飞机的操纵稳定性。此外，涂层因冻硬而脱落会使隐身飞机和军舰等武器的微波吸收(ma)性能失效。虽然mams正处于蓬勃发展的阶段，但将mams与除冰联系起来的研究非常有限。在这种情况下，迫切需要研制一种具有优异防水除冰性能的ma吸收体，更适合智能化时代的未来需求。

2、传统的橡胶刮板除冰、热风除冰、化学除冰等除冰方法不可避免地存在各种局限性，难以完全满足现代隐身武器的高要求。例如，飞机的除冰喷雾剂通常含有乙二醇，这种化合物以降低水的冰点而闻名。但由于环境不友好、防结冰时间短、飞机表面易腐蚀等原因，其应用受到限制。为了克服这些缺陷，进一步设计和创新利用可持续能源的高效除冰策略至关重要。最近的研究表明，光热效应为除冰提供了一条新的途径，它可以通过将光能转化为热能来融化冰。然而，当系统在没有阳光的夜晚工作时，它的除冰能力是有限的。为保持连续除冰能力，引入电热效应是最具吸引力的策略之一。利用焦耳加热效应产生的热量可以实现保温除冰的目的，有利于飞机在恶劣天气条件下保持表面清洁，提高飞行安全和性能。在聚合物网络中加入碳材料有利于提高微波吸收剂的稳定性和耐久性。虽然取得了重大进展，但它不可避免地有许多致命的弱点。(1)碳材料导电性高导致导电损耗过大，容易造成入射电磁波大量被反射而非吸收；(2)纯碳材料损耗机制单一，阻抗匹配差；(3)基体与纯碳材料的界面热阻大，分散性差，限制了它们的热管理功能。因此，在整体空心碳框架内巧妙设计分层异质界面是一种很有前途的解决方案。通常，除了异质界面之间的诱导界面极化外，具有丰富暴露表面的分层结构还可以作为陷阱，通过多次内部反射和散射有效地捕获电磁波。此外，分层中空结构结合了巨大的内部腔和大非均质表面的优点，显著触发了强烈的界面极化，优化了阻抗匹配。

3、因此，迫切需要探索价格合理、稳定性好、涂层厚度薄、能在复杂环境下工作的柔性电磁波吸收材料。但传统的吸波材料主要作为涂层涂覆在目标物体表面，在潮湿的环境中易脱落，使用范围受到限制。因此，通过合理的结构设计和成分优化，开发一种表现高的电磁波吸收性能、良好的电热性能和热可靠性复合材料，具有非常重要的意义。

技术实现思路

1、针对cmt在电磁波吸收、机械柔性等方面存在的不足，本发明提供了一种电磁波吸收复合薄膜的制备方法及所得产品的应用，该方法工艺简单，通过在cmt的表面修饰ni纳米颗粒对cmt进行结构优化，最后用pffe封装，所得复合材料结构稳定，具有良好的导电性能、电磁波吸收性能、导热性能，在导热填料、电磁波吸收等领域具有广泛的应用价值。

2、本发明具体技术方案如下：

3、一种电磁波吸收复合薄膜的制备方法，包括以下步骤：

4、(1)通过将木棉纤维在氮气氛围下进行焙烧，得到cmt。

5、(2)通过水热反应，在cmt的表面及内部生长ni-mof，获得ni-mof/cmt。

6、(3)将ni-mof/cmt在氮气氛围下进行焙烧，得到ni/cmt。

7、(4)将ni/cmt分散在ptfe中，得到柔性的ni/cmt/ptfe的复合材料。

8、进一步的，本发明所用的市场售卖的木棉纤维，直径一般为20-50μm。

9、进一步的，步骤(1)中，焙烧温度为750-850℃，焙烧时间为1-2h。氮气的通入量为30-40ml/min。

10、进一步的，步骤(2)中，水热生长ni-mof的方法可以参照现有技术中公开的方法进行。优选的，反应物为cmt、nicl2·6h2o和h3btc，溶剂为二甲基甲酰胺。反应时间为10-14h。

11、进一步的，步骤(2)中，nicl2·6h2o的浓度控制在0.014g/ml-0.015g/ml之间，h3btc的浓度控制在0.0016g/ml-0.0017g/ml之间。cmt的添加浓度为0.8mg/ml-3mg/ml。通过调整cmt添加量，控制生长在cmt骨架上的ni-mof形貌。实验表明，cmt的添加量对最终产物形貌和性能有很大影响，是最终产品成分和形貌形成的关键，且也是复合材料电磁波吸收性能好坏的的关键。优选的，cmt的添加量为2.5mg/ml。

12、进一步的，步骤(2)中，混合液在密闭反应釜中反应，反应时间为10-14h。

13、进一步的，步骤(3)中，焙烧温度为350-500℃，焙烧时间为1-2h。氮气的通入量为30-40ml/min。

14、进一步的，步骤(4)中，ni/cmt和ptfe按照一定的质量比混合均匀。质量比为1％-7％，例如1％，3％，5％，7％。然后在加入一定量乙醇搅拌均匀。乙醇与ptfe的体积比为1-2:1。通过调整ni/cmt和ptfe的质量比，可以调控复合材料中的导电网络。实验表明，cmt和ptfe的对最终形成的形貌有很大影响，对复合材料的电磁波吸收性能也有一定影响。优选的，ni/cmt和ptfe质量比为3％。

15、本发明通过碳化木棉纤维，得到碳微管(cmt)；随后通过水热法在cmt的表面及内部生长镍-金属有机框架(ni-mof)，获得ni-mof/cmt；接下来高温碳化ni-mof/cmt，获得ni/cmt。最后将ni/cmt分散在聚四氟乙烯(ptfe)溶液中，得到ni/cmt/ptfe复合材料。本发明所得复合材料为ptfe封装的ni/cmt复合薄膜，本发明以ptfe为骨架，通过高温热解和水热制备ni/cmt/ptfe复合薄膜，其工艺简单，可有效地解决碳材料分散性差、传统吸波涂层易脱落、缺乏柔韧性、难以在极端环境下使用的缺点。本发明的复合材料具有良好的柔韧性、导电性和导热性。通过调节ni/cmt在复合材料中的填充比，可以精准调节复合材料的电磁波吸收性能。

16、本发明还提供了一种可在极端环境下应用的电热微波吸收器，该电热微波吸收器的原料包括上述ni/cmt/ptfe复合材料。通过调整ni/cmt在复合材料中的填充比，可以调整微波吸收器的热导率和电导率，进而调整微波吸收器的电热性能，具有很好的应用前景。

17、本发明所得ni/cmt/ptfe复合材料具有优异的柔韧性，导电性、导热性、电磁波吸收性能，且结构稳定，热稳定性强，可以在电磁波吸收及导热填料领域具有很好的应用前景，克服了纯传统电磁波吸收材料在这些领域使用的不足。因此，本发明制备的ni/cmt/ptfe复合材料及其在电磁波吸收及导热填料领域的应用也在本发明保护范围之内。

18、本发明以cmt为骨架，通过水热反应和热解法制得ni/cmt/ptfe复合材料。其工艺简单，可有效地解决碳材料分散性差、传统吸波涂层易脱落、缺乏柔韧性、难以在极端环境下使用的缺点。并极大的提高了cmt的电磁波吸收性能。

19、与现有技术相比，本发明的优点在于：

20、(1)本发明结合水热反应和热解法法制得ni/cmt/ptfe复合材料，制备工艺简便易行。

21、(2)本发明制备了ni/cmt/ptfe的柔性薄膜，有效的解决传统吸波涂层易脱落的缺点；将有机聚合物ptfe和有效吸收剂ni/cmt的特性结合起来，构建吸收剂-聚合物复合膜具有优异的机械性能、耐化学性能、柔韧性和优异的介电性能。

22、(3)本发明制备的ni/cmt/ptfe复合材料具有良好的导电性及稳定的结构，通过实验发现，相较于纯的cmt，其性能有显著的提升；由于稳定的结构，碳材料充当导热桥梁，其在导热填充方面有广泛的应用前景。

23、(4)本发明制备的ni/cmt/ptfe复合材料热稳定性强，导电性能、电磁波吸收性能优异，在电磁波吸收方面有广泛的应用前景。这些发现为先进微波吸收器的设计提供了宝贵的见解，以满足电磁封装、防水除冰和防火的要求。