一种吸波导热的电磁弹性体材料及其制备方法与流程

本发明属于复合材料领域，具体涉及一种强衰减、高导热的电磁弹性体材料及其制备方法。

背景技术：

1、随着电子设备朝着小型化、高性能化的密集发展，系统内部的集成度也越来越高，器件之间电磁波干扰问题越发明显，且各类电子元器件发热功率也明显增大。因此，电子元器件及设备的电磁兼容与散热问题亟待解决，促使对吸波/导热双功能材料的需求日益迫切。传统的填充型电磁功能材料具有良好的柔韧性、加工性、耐腐蚀性，且质量轻，成本低，但受限于粉体填充含量的限制，使得难以很好的达到强吸波、高导热的双效提升。因此，开发一种具有高性能化的导热吸波双功能材料已经成为解决电子设备高效散热和电磁兼容问题的有效手段。

2、目前，导热吸波弹性体材料主要是在橡胶基体中添加各类吸波剂和传统导热填料，通过调配二者之间的比例来获得兼具导热、吸波功能的材料。但由于橡胶基体分子量高，本征粘度大，导致功能填料的加入总量存在上限，单独一种填料(吸波剂、导热粉)添加量的提升就会造成另一种功能填料添加量的降低，使得导热吸波材料的导热性能与吸波性能存在此消彼长的矛盾，难以实现材料双重性能的同步提升。另一方面，橡胶基体往往均是热阻较大的材料，引入过多对导热性能起到弱化效果。而且，一味提高功能填料在橡胶基体的含量，还会导致整体粘度增大、成型困难、成本提高等诸多问题，影响最终产品在电子设备中实际应用效果。

3、mxene材料具有极强的金属导电性、紧凑的层状堆积结构、丰富的表面官能团等，表现出优异的电磁屏蔽和导热性能。但是制备mxene基的功能型聚合物复合材料也面临着以下问题：采用传统的共混方法制备复合材料往往导致mxene被绝缘的柔性高分子基体包裹起来，无法形成有效的导电和导热通路，还是需要较大的mxene填充量；大量mxene填料的堆叠也使得材料的应力点增多，力学性能下降。另一方面，单纯mxene材料导电性较强，带来屏蔽性能较好，但由于阻抗匹配性不好，损耗机制单一很难实现有效的微波吸收。

技术实现思路

1、本发明目的是制备一种具有介电损耗、磁损耗双机制，同时具有高导热特性的电磁损耗弹性体材料，先将mxene表面包覆sio2层并与聚吡咯复合制备杂化气凝胶，再利用真空浸渍将等离子球磨羰基铁粉与液态苯基硅橡胶注入气凝胶骨架中，通过多组元材料体系构筑一种高效的吸波导热网络结构，提供一种具有强衰减、高导热的电磁弹性体复合材料。

2、本发明的目的是通过下述技术方案来实现的：

3、一种吸波导热的电磁弹性体材料的制备方法，其步骤包括：

4、1)将ti3alc2粉末缓慢倒入lif盐酸溶液中，反应完成后离心分离上清液，冷冻干燥，得到ti3c2tx mxene粉；

5、2)将所述ti3c2tx mxene粉加入乙醇的水溶液中，调节ph至碱性，逐滴加入正硅酸乙酯，反应完成后冷冻干燥处理得到sio2包覆mxene粉末，再将该粉末加入硅烷偶联剂a-151的乙醇溶液中，超声处理，然后室温干燥得到表面处理的sio2@mxene粉；

6、3)将所述sio2@mxene粉加入去离子水中，再加入吡咯的乙醇溶液，搅拌一定时间至均匀，得溶液a；称取过硫酸铵溶解于去离子水中，得到溶液b；

7、4)将所述溶液a和溶液b进行混合，反应形成sio2@mxene/ppy杂化水凝胶，再经过冷冻干燥得到sio2@mxene/ppy杂化气凝胶；

8、5)称取球状羰基铁粉，经过等离子球磨处理得到片状羰基铁粉；

9、6)称取液态苯基硅橡胶、正硅酸乙酯、二月桂酸二丁基锡并混合搅拌均匀，再将所述片状羰基铁粉加入其中，并添加甲苯稀释得到羰基铁/硅橡胶浆料；

10、7)将所述羰基铁/硅橡胶浆料缓慢倒入所述sio2@mxene/ppy杂化气凝胶表面，反复多次抽真空辅助使浆料完全浸润至气凝胶结构中，固化成型，得到吸波导热的电磁弹性体材料。

11、进一步地，步骤1)中ti3alc2粉末d50粒径为35～50μm；盐酸溶液浓度为8.4～9.6mol。

12、进一步地，步骤1)中反应条件为：在30～40℃下反应16～32h；冷冻干燥条件为：在-40～-50℃、1～2pa真空条件下冷冻干燥48～72h。

13、进一步地，步骤2)中乙醇的水溶液中乙醇与水的体积比为4:1～6:1，每0.3～1.5gti3c2tx mxene粉加入2～5ml正硅酸乙酯，a-151的乙醇溶液中a-151浓度为0.5～1.5wt％。

14、进一步地，步骤2)中用氨水调节ph＝10；反应条件为：室温搅拌反应12～18h；冷冻干燥条件为：-40～-50℃、1～2pa真空条件下冷冻干燥36～48h；超声处理时间为2～4h。

15、进一步地，步骤3)中按质量份数计，sio2@mxene粉0.5～1.2份，过硫酸铵0.8～1.3份；每0.5～1.2gsio2@mxene粉加入0.2～0.8ml吡咯的乙醇溶液，吡咯与过硫酸铵的质量比为1:1～1.5:1。

16、进一步地，步骤4)中溶液b向溶液a中缓慢滴加，搅拌速度为1000～1200rpm；反应条件为：在5～8℃下反应2～4h，室温静置24～36h；冷冻干燥条件为：在-70～-80℃下冷冻干燥处理36～48h。

17、进一步地，步骤5)中球状羰基铁粉d50粒径为3.2～6.8μm；等离子球磨处理条件为：球料比为80:1～100:1，在氩气气氛下、放电电压10～15kv、转速1100～1650rpm下球磨4～8h。

18、进一步地，步骤6)中按质量分数计，液态苯基硅橡胶12.5份，0正硅酸乙酯0.5份，二月桂酸二丁基锡0.1份，片状羰基铁粉15～20份；液态苯基硅橡胶的苯基的质量含量为3％～5％，浆料粘度控制在1200～1800cps。

19、进一步地，步骤6)中液态苯基硅橡胶、正硅酸乙酯、二月桂酸二丁基锡混合搅拌10～15min，加入片状羰基铁粉和甲苯后搅拌0.5～2h。

20、进一步地，步骤7)室温真空辅助5～7次，单次时间持续15～30秒；固化成型条件为：温度25～35℃，湿度40％～60％，时间3～5天。

21、一种吸波导热的电磁弹性体材料，由上述制备方法制备得到。

22、本发明的技术方案取得了如下有益效果：

23、(1)本发明针对mxene纳米片介电常数较高，存在阻抗匹配性差的问题，先制备ti3c2tx mxene粉，这是一种二维纳米材料，其中tx表示表面的终端基团，包括oh、o或f，这些终端基团影响了mxene的电学、光学和催化性质。在介电损耗材料组分上采用硅源包覆对mxene纳米片进行表面sio2包覆，通过调控mxene纳米片表面sio2层，可实现对材料电磁参数调谐与匹配，调谐电磁弹性体材料在宽带范围的阻抗匹配性能，再进一步偶联预处理改善粉体与聚合物之间分散相容特性，改善宽频下电磁损耗性能；

24、(2)本发明针对sio2@mxene纳米片的小尺寸聚集效应，在水凝胶反应过程中易于团聚导致材料局部电磁参数失配与紊乱，通过偶联剂表面处理后可有效改善其在溶液与聚合物中的分散特性，在保证电磁参数稳定的基础上，还可改善导热网络结构；

25、(3)本发明针对sio2@mxene/聚吡咯杂化气凝胶仅存在单一介电损耗的功能，在磁性损耗材料组分上采用等离子体方式对羰基铁粉片状化处理并与液态硅橡胶复合，通过等离子体处理羰基铁粉增强磁导率，再进一步真空浸渍将磁性浆料引入气凝胶结构中，可在较低铁粉填充量、高流动性下就充满气凝胶多孔结构，既赋予了弹性体材料磁性损耗功能，又建立了吸波/导热网络功能结构，实现了高导热、强衰减的双功能特性。

26、综上，本发明先采用硅源包覆法对mxene纳米片进行表面sio2包覆，通过一步法制备了sio2@mxene/聚吡咯杂化气凝胶；同步，运用等离子球磨方式实现超细羰基铁粉片状化结构处理并与液态苯基硅橡胶混合形成液体电磁浆料；利用真空浸渍法将液体电磁浆料浸入sio2@mxene/聚吡咯杂化气凝胶结构中并固化，制备了吸波/导热电磁弹性体材料，其具有强衰减特性、热导率高、结构尺寸可调，压弹性好等特点，能够满足多类电子设备及器件对高性能吸波导热材料的应用要求。