[发明专利]一种金属碳化物太赫兹电磁屏蔽复合材料及其制备方法

说明书

本发明属于电子材料领域，具体为一种金属碳化物太赫兹电磁屏蔽复合材料及其制备方法。本发明以聚氨酯海绵为原材料，通过表面改性、分子接枝、催化活化、化学镀镍、浸渍二维层状结构的金属碳化物胶体溶液以及加热退火，获得太赫兹电磁屏蔽复合材料；该材料在0.1‑3THz的宽频段，有最大屏蔽效能为69.8dB，能用于6G技术领域的抗电磁干扰和电磁兼容设计。

技术领域

本发明属于电子材料技术领域，具体涉及一种金属碳化物太赫兹电磁屏蔽复合材料及其制备方法。

背景技术

国际电联将0.3~3THz的频段定义为太赫兹辐射。随着通信频段增宽、频率更高，通信器件的电磁干扰比5G通信更为严重，需要开发面向6G技术的太赫兹电磁屏蔽材料。

在二维层状结构的金属碳化物（MXene）太赫兹电磁屏蔽材料研究方面，湖南大学谭勇文等将MXene与氧化石墨烯混合，用离子扩散诱导凝胶化的方法制备85μm厚的MXene泡沫，其中MXene片被多价金属离子和氧化石墨烯交联以形成定向多孔结构，该泡沫导电率为5671.8 S/m，在0.2~2THz频段的最大电磁屏蔽效能为51dB，为研制高性能太赫兹屏蔽材料提供了新的思路（ACS Nano 2020, 14, 2109−2117）。上海师范大学张一等用化学腐蚀法制备了Ti基MXenes薄片Ti₃C₂Tx，将其制备成有机分散体，旋涂在聚酰亚胺塑料衬底上，用太赫兹时域谱测量，12μm薄膜的屏蔽效能可达17dB，有望成为下一代超薄轻质THz屏蔽材料（Nanotechnology, 2020, 31: 505710）。电子科技大学肖旭等将聚氨酯泡沫浸渍在Ti₃C₂T_x溶液中，制备得到10mm厚的MXene海绵泡沫（MSF），在0.3~1.65THz频段的吸收率超过99.99%（屏蔽效能约46dB），该泡沫在雷达隐身、电磁屏蔽和6G通信等领域具有潜在应用（Adv.Optical Mater. 2020, 8, 2001120）。美国伍斯特理工学院的Titova LV等发现溶液法制备的柔性MXene (Ti₃C₂T_y)薄膜有极高的导电率和太赫兹电磁屏蔽效能，屏蔽效能可以调制，Ti₃C₂T_y和其他MXene与各种衬底的兼容性，使得这类2D材料在THz技术和EMI屏蔽中有广泛应用（Nano Lett. 2020, 20, 636−643）。波兰华沙工业大学的Zeranska-Chudek K等利用太赫兹时域光谱研究了0.7mm厚的PDMS、PDMS/石墨烯（1 wt%）、PDMS/MXene(1 wt%）的太赫兹屏蔽性能，PDMS的屏蔽效能约6dB，PDMS/MXene约11dB，PDMS/石墨烯为21.9-54.9 dB，所有复合材料的介电损耗均较低（ J Appl Polym Sci., 2021,138: e49962.）。

在石墨烯太赫兹电磁屏蔽材料研究方面，南开大学黄毅等发明了一种高效、稳定的超薄柔性太赫兹屏蔽材料的制备方法（CN110545654A）。首先在金属基底上通过化学气相沉积法在其表面生长石墨烯；然后在生长有石墨烯的金属基底上涂覆一层转移媒介；接着将金属基底用刻蚀液去除，剩下转移媒介支撑的石墨烯；之后在聚合物基底上沉积一层金属薄膜；然后将转移媒介支撑的石墨烯转移到聚合物基底上沉积的金属薄膜上，并将支撑石墨烯的转移媒介去除；接着交替重复以上金属薄膜的沉积和石墨烯的转移步骤，以得到层层组装的金属/石墨烯复合材料，平均屏蔽效能为44.17~60.95dB。南开大学范飞等系统地研究了激光泵浦和偏置电场对石墨烯泡沫（GF）的主动调控，揭示了GF对THz电磁波的屏蔽和吸收特性。当外场激励下，GF在1THz时的屏蔽效能值可从4 dB的“关”态跃迁到22 dB的“开”态，无论有无外加电场，GF都能保持很低的宽频THz反射，但在0.3THz时，其电磁波吸收率从13%跃迁到95.4%（Adv. Optical Mater. 2019, 7, 1900555）。