[发明专利]微米线阵列装置和制造包含微米线的聚合物片材的方法

说明书

技术领域

本发明涉及电磁干扰屏蔽领域，具体而言，涉及一种微米线阵列装置和用于制造包含微米线的聚合物片材的方法。

背景技术

已知混入聚合物或涂料基质的羰基铁颗粒(CIP铁)用作电磁干扰(EMI)屏蔽。然而，这些结构体并不具有优化的磁性，这是因为磁性不能针对特定应用的需求进行调整。

其他已知的结构体包括包封在聚合物基质中的垂直排列的微米线和/或纳米线。实例包括聚合物垫片中的碳纳米管和聚合物片材中的硅微米线(J.A.Beardslee,Magnetic alignment of high-aspect ratio microwires into perpendicular arrays，Ph.D.Thesis,California Institute of Technology,2014)。然而，这些结构体并非是磁性的。

另一实例包括聚苯胺中的铁纳米线(H.Cao，Z.Xu，D.Sheng，J.Hong，H.Sang，Y.Du，J.Mater.Chem.，11，958-960(2001))。然而，铁和聚苯胺都不是空气稳定的材料，并且在大多数应用中可能会在环境暴露后失效。这妨碍了它们用于EMI和天线屏蔽。

已知的结构体还包括具有包含垂直排列的氧化铁(Fe₂O₃)纳米线阵列的表面的箔基材[C.H.Kim，H.J.Chun，D.S.Kim，S.Y.Kim，J.Park，J.Y.Moon，G.Lee，J.Yoon，Y.N Jo，M.H.Jung，S.I.Jung，C.J.Lee，Appl.Phys.Lett.89，223103(2006)；P.Hiralal，H.E.Unalan，K.G.UWijayantha，A.Kursumovic，D.Jefferson，J.L.MacManus-Driscoll，G.A.J.Amaratunga，Nanotechnology 19，455608(2008)]，以及转化为磁性钴铁氧体(CoFe₂O₄)的氧化铁纳米线[C.H.Kim，Y.Myung，Y.J.Cho，H.S.Kim，S.-H.Park，J.Park，J.-Y.Kim，B.Kim，J.Phys.Chem.C 113，7085(2009)]。尽管后一论文中的细线形成了以约1根线/μm²的密度无模板生长的磁性铁氧体微米线阵列，该细线化学键合到最初生长细线的箔基材上。纳米线阵列锚定到箔基材表面并且缺少柔性聚合物基质。因此，该阵列不能顺应复杂的表面，并且缺乏从箔基材去除的耐磨性。

此外，包封在柔性聚合物层中的含微米线或纳米线的已知结构体使用约1根线/10μm²的低密度下的排列细线(J.A.Beardslee,Magnetic alignment of high-aspect ratio microwires into perpendicular arrays,Ph.D.Thesis,California Institute of Technology,2014)。这些结构体通过将完全成形的细线物理插入到蚀刻入诸如硅等基材中的排列模板中而制成。组装后，将细线包封在柔性聚合物层中并从排列基材上剥离。然而，尚不知道如何增加排列细线的面密度。

最后，通过在诸如阳极多孔氧化铝等模板内直接生长细线阵列，已经以高得多的线密度形成阵列，该密度通常大于1根线/μm²(J.A.Beardslee,Magnetic alignment of high-aspect ratio microwires into perpendicular arrays,Ph.D.Thesis,California Institute of Technology,2014)。生长后，氧化铝模板溶解，且将细线包封在柔性聚合物层中。这种技术不适用于磁性铁氧体，因为溶解阳极氧化铝的相同溶液也会溶解该铁氧体。此外，这些细线阵列不具有无模板细线生长的晶体品质特性，并且尚不知道如何在使用模板的情况下仍然获得无模板生长的晶体品质。

从上述在先技术的缺陷可以看出，用于形成在非导电性柔性聚合物基质中排列的磁性微米线的方法将是有益的。

发明内容