[发明专利]碳纳米纤维-金属复合物及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及碳纳米纤维-金属复合物及其制备方法。更具体地说，本发明涉及磁导率和传导性(电导率)提高的碳纳米纤维-金属复合物及其制备方法。

背景技术

电磁污染在日常生活中有逐年增加的趋势，原因是随着电子电气产品的多功能和小型化、信息和通讯设备的发展，所用电磁波谱(电磁波频谱)已扩展到更高的频带。这一现象导致从某特定源辐射出的电磁波谱可造成周围仪器功能故障和系统错误，以及人体直接受损，例如引起人体发烧。因此，对于能够有效避免这些问题的电磁屏蔽技术的需求日益增加。

传统情况下，应用这样的电磁屏蔽技术，其利用金属期间，或将其漆覆或镀覆至传导性膜上。然而，在直接加工金属器件的情况下，如果金属器件中任一个具有复杂图案，那么可加工性将变差，其重量也将增大。并且，在镀覆技术的情况下，由于需进行的工艺复杂，例如除油、蚀刻、中和、活化、加速、金属化(metalizing)、活化、一次镀覆、二次镀覆、三次镀覆工艺等等，生产力方面产生负担。

相反，采用聚合物(高分子)复合树脂的导电性电磁屏蔽材料则在生产成本和可加工性方面具有优势，这是因为仅通过对复合树脂进行注射工艺即可获得期望的产品。

电磁干扰(EMI)屏蔽效率(shielding effectiveness)可由以下公式表不：

屏蔽效率(S.E)＝R+A+B

其中：R表示电磁辐射的表面反射，A表示电磁辐射的内部吸收，B表示多反射造成的损失。

在金属材料的情况下，由于具有较高的传导性(较低阻抗)，以电磁辐射表面反射计的电磁屏蔽比率较高。为了提高树脂复合物的电磁屏蔽效率，应通过使用高磁导率的填充物(filler)来提高电导率，从而增强表面反射，并同时增加电磁辐射的吸收。因此，对于满足这些条件、具有较高磁导率和导电性的填充物的需求也在不断增加。进一步地，在形状方面，就形状来看，需要即使使用较少量的填充物也能因为高矩形比而易于形成网状结构的纤维形状。而且，在重量方面，开发具有空洞形式的结构的填充物是至关重要的。

韩国申请公开No.10-2007-0041024披露了一种涂覆技术，这种技术向碳纳米管中应用非电镀(化学镀)工艺。然而，由于金属层是部分涂覆并且金属层的涂覆厚度很薄，难以预期传导性所致的反射效应以及金属磁导率所致的吸收效应。

作为一种用于制备具有空心形式的金属纤维，日本专利公开No.1999-193473披露了一种用于向碳纤维中应用非电镀工艺并随后在氧化后去除碳纤维的方法。并且，韩国申请公开No.10-2009-0085801披露了一种用于向合成纤维中应用非电镀工艺并随后去除合成纤维的方法。然而，所述方法在生产成本方面具有劣势，因为需要能够去除纤维从而减少重量的高温热处理工艺。具体而言，正是由于可熔化镀覆金属的高温热处理工艺，使得制造纤维结构被破坏。

作为一种用金属层涂覆碳纤维的方法，向VGCF(气相生长碳纤维：Showa Denko Co.的产品名)中进行非电镀的方法(Jaejeung Han，Fabrication and Microstructure of Metal-Coated Carbon Nanofibers usingElectroless Plating，The Journal of the Korean Society for CompositeMaterials，Vol.20，No.5，pp.43-48(2007))是已知的。但是，预期在进行非电镀时应实施高温反应，并且在制备复合材料时，由于涂层较厚会增加其重量。

另外，美国专利No.5,827,997披露了一种通过电镀来涂覆金属层的方法。但是，由于金属层仅由纯镍构成，这会降低电磁吸收效应。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种碳纳米纤维-金属复合物，其具有提高的磁导率和传导性，并由此可用作电磁屏蔽材料。

本发明的另一个目的是提供一种用于制备碳纳米纤维-金属复合物的方法，所述碳纳米纤维-金属复合物具有提高的磁导率和传导性(电导率)，并由此可用作电磁屏蔽材料。

通过以下公开内容和所附权利要求，本发明的其他目的和优势将变得显而易见。

为了实现上述目的，本发明提供一种碳纳米纤维-金属复合物，其通过用金属连续地涂覆纳米纤维而形成，在碳纳米纤维中层叠有多个截平的(截去顶端的，truncated)圆锥形石墨烯(graphenes)。

在本发明的一个实施方式中，所述碳纳米纤维的形式为中空管(或杯状堆叠的碳纳米纤维)，其内部是空的。