一种取向多层导热吸波体及其制备方法

本发明涉及微波吸收，具体涉及一种取向多层导热吸波体及其制备方法。

背景技术：

1、随着航空航天武器装备、高精密度智能控制系统和第五代移动通讯技术终端与基站等电子和电气技术的高速发展，电子电气设备及元器件工作时产生的热量急速积聚，不可避免地导致电子产品及其元器件出现局部过热问题，影响电子设备及其元器件的运行性能、寿命和可靠性；由此产生的电磁波辐射还会干扰周围设备及元器件的正常运行，对周边人员(尤其是作业人员)的身体健康造成威胁，并对外界造成不可忽视的电磁波污染。因此，设计研发导热/电磁屏蔽一体化高分子复合材料对于解决其导热/电磁污染问题势在必行。

2、现在一般的解决方案是将分别具有不同功能的材料复合，从而做到导热和吸波的双重性能提升。比如公开号为cn114395310a的中国专利申请文献中提出了go/fe/fe3o4/环氧树脂导热吸波一体化涂料及其制备方法，该专利以氧化石墨烯(go)结合fe、fe3o4纳米颗粒配合环氧树脂共混复合成导热吸波材料；公开号为cn108659535a的中国专利申请文献中提出了一种用于etc装置的导热吸波材料，该专利以石墨烯和氢氧化铁共混作为填料和有机硅混合均匀制成导热吸波材料；公开号为cn114133740a的中国专利申请文献中提出一种导热吸波硅橡胶复合材料及其制备方法，该专利以负载有镍锌铁氧体颗粒的片状石墨烯和负载有镍锌铁氧体颗粒的氮化硼纳米片组成导热吸波材料；公开号为cn113929963a的中国专利申请文献中提出了一种导热吸波片材及其制备方法，该专利以石墨烯包覆铁氧体系颗粒和硅橡胶混合填充在多孔弹性泡棉中制成导热吸波材料；公告号为cn216359814u的中国专利申请文献中提出了一种三维导热吸波增强复合膜，该专利以石墨烯层与mxene层相连，并开设通孔填充金刚石粒子和石墨烯膜制成导热吸波材料；公开号为cn111031776a的中国专利申请文献中提出了一种导热吸波垫片，该专利通过导电胶或加热辊压将两层导热吸波层和至少一层导电柔性层堆叠成导热吸波材料；公开号为cn112519347a的中国专利申请文献中提出了一种高导热吸波屏蔽垫片及其生产工艺，该专利通过双辊压延机过机压延导热吸波基料、离型膜和金属层构成5层结构的导热吸波材料；公开号为cn112194903a的中国专利申请文献中提出了一种导热吸波硅胶复合材料的制备方法，该专利通过混合氮化硼纳米片、导热粉体和mxene纳米片复合制成导热吸波材料；公开号为cn110964480a的中国专利申请文献中提出了一种氧化石墨烯/四氧化三铁/氧化锌复合材料及其制备方法，通过使四氧化三铁和氧化锌在氧化石墨烯表面复合，并在其表面进一步包覆高导热系数的无机纳米材料得到导热吸波材料；公开号为cn115246994a的中国专利申请文献中提出一种导热-吸波一体化柔性材料及其制备方法与应用，该专利将石墨烯、聚吡咯和导热功能填料填充在硅油基体中，采用脱模纸压片固化成膜工艺制备成导热吸波材料。

3、综合以上导热吸波的相关专利介绍及相关论文描述，我们可以发现在导热/吸波材料进行复合过程中：1)绝大多数采用多相(吸波相、导热相)复合的方式；2)绝大多数采用两相在基体中混合方式、少量采用分层堆叠方式。从而使得到的吸波体难以同时做到导热与吸波双重高效性能。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题在于提供了一种取向多层导热吸波体及其制备方法，所述制备方法过程简单可控，得到的吸波体导热性和吸波性能优异。

2、本发明通过以下技术手段实现解决上述技术问题：

3、一种取向多层导热吸波体的制备方法，包括以下步骤：

4、s1、将导热剂、粘结剂、溶剂、固化剂混合均匀得到混合物，将混合物在磁场方向垂直于水平面的磁场下静置使导热剂沿磁场方向排列，加热固化后形成磁控导热层；

5、s2、将粘结剂、吸波剂、溶剂、固化剂混合均匀得到混合物，倾倒在s1制备的磁控导热层上，在磁场方向平行于水平面的旋转磁场下静置使吸波剂沿磁场方向排列，加热固化后形成磁控导热吸波层；

6、s3、将粘结剂、吸波剂、溶剂、固化剂混合均匀得到混合物，倾倒在s2形成的磁控导热吸波层上，再在磁场方向垂直于磁控导热吸波层的磁场下静置使吸波剂沿磁场方向排列，加热固化后形成磁控匹配层得到所述取向多层导热吸波体。

7、优选地，在s1中，所述混合物中，导热剂重量百分比为3-10％，粘结剂和固化剂重量和占总重量百分比为35-67％，且粘结剂和固化剂质量比在1：1至1：2之间，溶剂重量百分比为30-55％。

8、优选地，在s1和s3中，所述磁场的强度为850-2000gs，静置的温度为室温，时间为3h。

9、优选地，在s2中，所述混合物中，吸波剂重量百分比为3-10％，粘结剂和固化剂重量和占总重量百分比为35-67％，且粘结剂和固化剂质量比在1：1至1：2之间，溶剂重量百分比为30-55％。

10、优选地，在s2中，所述磁场的强度为850-2000高斯，旋转速度为3-15转/分钟。

11、优选地，在s3中，所述混合物中，吸波剂重量百分比为3-10％，粘结剂和固化剂重量和占总重量百分比为35-67％，且粘结剂和固化剂质量比在1：1至1：2之间，溶剂重量百分比为30-55％。

12、优选地，在s1中，所述导热剂包括石墨片、石墨烯中的一种或者石墨片、石墨烯中的一种与磁性颗粒的复合物；在s1、s2和s3中，所述粘结剂均为环氧树脂，所述固化剂包括苯胺甲醛树脂、酚醛树脂、呋喃树脂、聚酰胺树脂、聚酯树脂、聚硫橡胶、聚氨酯、桐油酸酐树脂中的一种或多种的组合，所述溶剂包括n-甲基吡咯烷酮、无水乙醇、去离子水中的一种或多种的混合物；在s2和s3中，所述吸波剂包括生物质碳片、石墨片、石墨烯中的一种或多种的混合物。

13、优选地，所述环氧树脂包括双酚a型环氧树脂、双酚f型环氧树脂、多酚型缩水甘油醚型环氧树脂、缩水甘油酯型环氧树脂、环氧化烯烃化合物型环氧树脂中的一种或多种的组合。

14、优选地，所述磁控导热层、磁控导热吸波层和磁控匹配层的单层厚度均为1-2mm。

15、本发明还提出一种取向多层导热吸波体，采用所述的取向多层导热吸波体的制备方法制备而成。

16、本发明的优点在于：

17、1)由多相材料简化到单相材料：现有绝大多数导热吸波体是依靠导热材料与吸波材料复合，由于基体中填料比例受限，难以同时做到导热与吸波双重高效性能，且工艺复杂，易引入其他杂性粒子。本发明充分发挥碳基片层兼具强微波吸收、高热导的特点，采用单一碳基材料作为功能介质。

18、2)由简单复合到优化的三层结构设计：传统的导热吸波材料一般是在高分子基体中加入导热剂和吸波剂复合，而高分子基体中填料添加量存在最大限度，难以保证材料同时达到导热和吸波两种性能协同提升。本发明通过对吸波和导热薄层进行设计堆叠，从而满足在低填料比下获得导热和吸波的高效协同作用。

19、3)有序片层制备：普通方法制备的导热吸波材料在基体中分布杂乱，各种填料难以混合均匀，造成导热吸波片的导热性能和吸波性能不够稳定。本发明通过定向磁控排列和旋转磁控排列，可以获得高度定向的导热剂和吸波剂，因而获得的薄层具有较高的导热或吸波取向性，避免了杂乱无序的导热和吸波损耗，减少了片层的卡片搭桥结构，提高了产品整体的导热吸波性能，满足应用要求；磁控取向制备方法简单、无接触、整体调控填料取向，分层排列吸波剂和导热剂的对准方向，制备出高性能取向多层导热吸波体。本发明的制备方法是一种清洁的、低成本的导热吸波体的制备方法。

20、4)多层结构设计：各层各司其职，而且相互配合；磁控匹配层/磁控导热吸波层负责吸波。磁控匹配层是微波匹配层，其垂直取向有利于将入射微波导入材料，减少反射损耗；磁控导热吸波层是吸波功能层，其水平取向有利于微波多次反射(吸收路径增加)、有利于导电通道的建立(电导/介电损耗增加)。磁控匹配层/磁控导热吸波层两层结合有利于吸波性能提升。磁控导热吸波层/磁控吸波层负责导热。磁控吸波层是纵向传热层，其垂直取向有利于将所附器件的热量传导到导热吸波体中；磁控导热吸波层是横向导热层，其水平取向有利于将热横向传导到散热器件，避免热量累积。磁控导热吸波层/磁控吸波层两层结合有利于热传导性能提升。本发明采用不同构型的磁场及旋转制备装置，获得不同取向的片层组合，实现具有高导热、强吸收、宽带宽的多层导热吸波体。

21、附图说明

22、图1为本发明实施例1中取向多层导热吸波体的整体结构示意图(左)以及每层的制备方式图(右)；