一种透明可伸展的水凝胶基太赫兹屏蔽材料及其制备方法

本发明属于电磁屏蔽材料领域，具体提供一种透明可伸展的水凝胶基太赫兹屏蔽材料及其制备方法，该材料在太赫兹成像、红外安检、雷达安全、生物监测等领域具有广泛应用价值。

背景技术：

1、太赫兹波一般指振荡频率在0.1thz～10thz范围内、波长范围为3um～3mm的电磁波，由于其独特的频谱特性，在生物医学与通信等领域有着重要的应用价值。太赫兹探测技术作为太赫兹领域研究的重要一环，在安全检查、无损成像以及大容量数据通信等领域有着重要应用，近年来受到了国内外研究人员的普遍关注。

2、太赫兹技术的快速发展也带来了针对太赫兹波的电磁屏蔽材料的开发需求，太赫兹屏蔽材料是一类在太赫兹频段具备低透过率的材料，常应用于抗电磁干扰设备中。太赫兹屏蔽材料主要有：铁酸盐吸波材料、纳米吸波材料、多结晶铁玻璃纤维吸波复合材料、复合吸收剂等，但无论是何种材质或何种结构的太赫兹屏蔽材料，目前都难以做到透明且延展性高。具体而言，现在市面上大部分太赫兹屏蔽材料都掺杂金属或碳材料，导致太赫兹屏蔽材料不透明，这严重限制了太赫兹屏蔽材料在包括光窗在内的场景下的应用；此外，目前的太赫兹屏蔽材料虽然具备一定的柔性，但是延展性较低，难以满足日益发展的柔性光电器件的电磁屏蔽需求。因此，开发透明且可伸展的太赫兹屏蔽材料对于推动太赫兹技术的研究具有重大意义。

技术实现思路

1、针对背景技术存在的缺陷与改进需求，本发明的目的在于提供一种透明可伸展的水凝胶基太赫兹屏蔽材料及其制备方法，用以解决现有太赫兹屏蔽材料的可见光透过率低与机械延展性低的问题。

2、为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

3、一种透明可伸展的水凝胶基太赫兹屏蔽材料，其特征在于，所述太赫兹屏蔽材料为三维聚合物网络与极性溶液构成的水凝胶，所述极性溶液为纯水与极性有机溶剂的混合液，所述极性有机溶剂为乙醇、乙二醇、甘油、山梨醇中的一种。

4、进一步的，所述极性溶液中，纯水与极性有机溶剂的体积比为1:1。

5、进一步的，所述透明可伸展的水凝胶基太赫兹屏蔽材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

6、s1：以纯水与极性有机溶剂的混合液为溶剂，将凝胶单体加入溶剂中配置得到浓度为0.5～3mol/l的水凝胶预聚体单体溶液；再向水凝胶预聚体单体溶液中加入0.5～100mmol/l的引发剂与1～100mmol/l的交联剂，混合溶解后得到凝胶前驱体溶液；

7、s2：在凝胶前驱体溶液中按照质量分数2％加入琼脂糖，并于70℃～90℃下搅拌0.5～1h后得到热溶液；将热溶液在0～10℃的冷藏环境中聚合0.5～1h，得到物理交联水凝胶；

8、s3：将物理交联水凝胶在无氧环境中进行聚合交联，得到透明可伸展的水凝胶基太赫兹屏蔽材料。

9、进一步的，聚合交联在光照射条件下或加热条件下进行；光照射条件具体为：在紫外灯光下聚合30～120分钟，聚合参数为：波长为365nm，功率密度为4mw cm-2；加热条件具体为：于60℃的真空烘箱中加热30～120分钟。

10、进一步的，凝胶单体为以下的一种或两种：丙烯酰胺、丙烯酸、丙烯酸钠、甲基丙烯酸、乙烯磺酸、苯乙烯磺酸钠、4-乙烯基-丙磺酸钠、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸钠、3-丙烯酰胺丙基-三甲基氯化铵、丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵、乙烯亚胺、乙烯胺、乙烯吡啶。

11、交联剂包括但不限于n，n'-亚甲基双丙烯酰胺、丙二胺和丙烯酸中的一种，引发剂包括但不限于氧化还原类引发剂、有机过氧化物、无机过氧化物和偶氮类引发剂中的一种。

12、进一步的，凝胶前驱体溶液还加入有浓度为0.5～1mol/l的nacl。

13、基于上述技术方案，本发明的有益效果在于：

14、本发明提供一种透明可伸展的水凝胶基太赫兹屏蔽材料，具体为三维聚合物网络与极性溶液构成的水凝胶，其高太赫兹屏蔽性能源于极性溶液对太赫兹电磁波的强吸收作用，其高机械延展性源于聚合物链段的高伸展性，其高透明度源于极性溶液与聚合物自身的高透明度、以及极性溶液与聚合物之间的折射率匹配。基于此，本发明提供的水凝胶基太赫兹屏蔽材料具有优异的太赫兹波屏蔽性能，屏蔽效能在0.5～4.5thz波段能达到40db以上，且具有优异的可见光透明度与机械拉伸性能。

15、同时，本发明提供所述透明可伸展的水凝胶基太赫兹屏蔽材料的制备方法，采用化学聚合法，其制备工艺简单，制备成本低。

技术特征：

1.一种透明可伸展的水凝胶基太赫兹屏蔽材料，其特征在于，所述太赫兹屏蔽材料为三维聚合物网络与极性溶液构成的水凝胶，所述极性溶液为纯水与极性有机溶剂的混合液，所述极性有机溶剂为乙醇、乙二醇、甘油、山梨醇中的一种。

2.按权利要求1所述透明可伸展的水凝胶基太赫兹屏蔽材料，其特征在于，所述极性溶液中，纯水与极性有机溶剂的体积比为1:1。

3.按权利要求1所述透明可伸展的水凝胶基太赫兹屏蔽材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

4.按权利要求3所述透明可伸展的水凝胶基太赫兹屏蔽材料的制备方法，其特征在于，聚合交联在光照射条件下或加热条件下进行；光照射条件具体为：在紫外灯光下聚合30～120分钟，聚合参数为：波长为365nm、功率密度为4mw cm-2；加热条件具体为：于60℃的真空烘箱中加热30～120分钟。

5.按权利要求3所述透明可伸展的水凝胶基太赫兹屏蔽材料的制备方法，其特征在于，凝胶单体为丙烯酰胺、丙烯酸、丙烯酸钠、甲基丙烯酸、乙烯磺酸、苯乙烯磺酸钠、4-乙烯基-丙磺酸钠、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸钠、3-丙烯酰胺丙基-三甲基氯化铵、丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵、乙烯亚胺、乙烯胺、乙烯吡啶。

6.按权利要求3所述透明可伸展的水凝胶基太赫兹屏蔽材料的制备方法，其特征在于，交联剂为n，n'-亚甲基双丙烯酰胺、丙二胺和丙烯酸中的一种，引发剂为氧化还原类引发剂、有机过氧化物、无机过氧化物和偶氮类引发剂中的一种。

7.按权利要求3所述透明可伸展的水凝胶基太赫兹屏蔽材料的制备方法，其特征在于，凝胶前驱体溶液还加入有浓度为0.5～1mol/l的nacl。

技术总结
本发明属于电磁屏蔽材料领域，具体提供一种透明可伸展的水凝胶基太赫兹屏蔽材料及其制备方法，用以解决现有太赫兹屏蔽材料的可见光透过率低与机械延展性低的问题。本发明中太赫兹屏蔽材料为三维聚合物网络与极性溶液构成的水凝胶，极性溶液为纯水与极性有机溶剂的混合液，极性有机溶剂为乙醇、乙二醇、甘油、山梨醇中的一种，且纯水与极性有机溶剂的体积比为1:1。本发明提供的水凝胶基太赫兹屏蔽材料具有优异的太赫兹波屏蔽性能，屏蔽效能在0.5～4.5THz波段能达到40dB以上，且具有优异的可见光透明度与机械拉伸性能；同时，本发明提供水凝胶基太赫兹屏蔽材料的制备方法，采用化学聚合法，其制备工艺简单，制备成本低。

技术研发人员：文岐业,唐倩,谢文科,谢金龙
受保护的技术使用者：电子科技大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16