[发明专利]并入CNT的EMI屏蔽复合材料和涂层

说明书

相关申请的陈述

本申请要求于2009年4月24日提交的美国临时申请61/172,503号和于2009年4月28日提交的美国临时申请61/173,435号的权益，这两篇专利申请在此通过引用将它们全文并入。

技术领域

本发明一般地涉及吸收电磁(EM)辐射的材料。

背景技术

由于从外部源发出的电磁传导或电磁辐射，电路和电子电路的性能可受到不期望扰动的不利影响。这样的不期望扰动可中断、阻碍或以其他方式降低电路和电子电路的有效性能。已经开发了用于屏蔽电路和电子电路不受外部电磁干扰(EMI)影响的壳结构。EMI屏蔽通常通过使壳结构配置为限制电磁场穿透入其内的封闭空间而实现。使用导电材料制成的壳结构被称为“法拉第笼(Faraday cage)”，其作为屏障起作用以阻挡电磁场。更具体地，并且如现有技术中已知的，法拉第笼是由导电材料形成的护笼(enclosure)，并可用于阻挡外部电磁干扰。当该壳结构受到外部电磁力时，电流在导电壳结构中生成，该电流又产生抵抗和抵消外部电磁场的电磁力。

同样地，闪电保护系统利用导电壳，为闪电电流提供低电阻路径，同时减少电流流过导电壳结构的热效应。这些减少的热效应减轻了由于雷击造成的火灾。

通常地，用于制造这样的EMI屏蔽壳结构和/或闪电保护应用的导电材料包括高度导电金属，例如铜和铝。然而，这些金属相对较重。较轻的材料例如复合材料或“复合物”，甚至是那些由导电纤维例如碳制成的材料也通常是绝缘的，并且由于基体材料(例如树脂)的存在，因此其具有差的EMI屏蔽和闪电保护特性。尽管期望它们具有给定特性，但这样的复合材料不适于要求良好的EMI屏蔽和/或闪电保护特性的应用。

为了提高复合材料的EMI屏蔽和闪电保护特性，已经将金属填料、金属涂层、金属网或其他金属部件并入复合材料。然而，这样的并入产生了更重和更复杂的复合材料。适合用于EMI屏蔽和/或闪电保护应用中的替代复合材料是期望的。本发明满足这种需要并且也提供了相关的优点。

发明内容

在一些方面，在此公开的实施方式涉及用于电磁干扰(EMI)屏蔽应用的复合材料，其包括位于基体材料的至少一部分中的并入碳纳米管(CNT)的纤维材料。该复合材料能够吸收在大约0.01MHz至大约18GHz之间的频率范围内的电磁(EM)辐射、反射在大约0.01MHz至大约18GHz之间的频率范围内的EM辐射或其组合。该复合材料的EM屏蔽能力测量为电磁干扰(EMI)屏蔽效能(SE)，在大约40分贝(dB)至大约130dB之间的范围内。

在一些方面，在此公开的实施方式涉及制造上述复合材料的方法，该方法包括在基体材料的一部分中放置并入CNT的纤维材料，在基体材料内并入CNT的纤维材料具有受控的方向，以及固化基体材料。并入CNT的纤维材料的受控方向控制整体复合结构内并入其上的CNT的相对方向。

在一些方面，在此公开的实施方式涉及包括上述复合材料的板。该板适于与用于EMI屏蔽应用中的器件相接合。该板进一步装备有电接地。

附图说明

图1显示了通过连续CVD过程在AS4碳纤维上生长的多壁CNT(MWNT)的透射电子显微镜(TEM)图像。

图2显示了通过连续CVD过程在AS4碳纤维上生长的双壁CNT(DWNT)的TEM图像。

图3显示了从隔离涂层(barrier coating)内生长的CNT的扫描电子显微镜(SEM)图像，其中形成CNT的纳米颗粒催化剂被机械地并入到碳纤维材料表面。

图4显示SEM图像，其显示在碳纤维材料上生长的CNT长度分布的一致性为大约40微米的目标长度的20％之内。

图5显示SEM图像，其显示隔离涂层对CNT生长的影响。密集的、良好排列的CNT生长在施加隔离涂层的位置，而在没有隔离涂层的位置不生长CNT。

图6显示碳纤维上的CNT的低放大率SEM，其显示在整个纤维中CNT密度的均匀性在大约10％之内。

图7显示了具有并入碳纳米管(CNT)的纤维材料的EMI屏蔽复合材料的横截面图。

图8显示了适合用作在制品例如EMI屏蔽板上的涂层中的EMI屏蔽材料的并入碳纳米管的纤维丝束。

图9显示了应用在复合材料上以提高复合材料的EM屏蔽特性的并入碳纳米管的纤维丝束涂层。

图10显示了用于并入碳纳米管的纤维的涂层系统的示意图。

图11显示根据本发明的例证性实施方式，生产并入CNT的碳纤维材料的方法。