[发明专利]一种三明治结构的聚酰亚胺基电磁屏蔽薄膜及其制备方法

说明书

本发明公开了一种三明治结构的聚酰亚胺基电磁屏蔽薄膜，包括外层和中间层；所述外层为银纳米线‑聚酰亚胺的复合纤维，所述中间层为MXene薄层。本发明的电磁屏蔽材料由纤维膜包覆二维MXene导电层组成，AgNW‑PI纤维毡作为柔性基底提供低屏蔽能力，中间的MXene作为高EMISE层提供主要的EMISE效果，热压之后获得表面光滑、易于弯曲的柔性电磁屏蔽薄膜。本发明制备的薄膜可在极端环境下具有长期使用性，并具有良好的力学性能、热稳定性，在航空航天、可穿戴、高温消防等苛刻环境下具有巨大的应用前景。

技术领域

本发明涉及电磁屏蔽技术领域，具体的说涉及一种三明治结构的聚酰亚胺基电磁屏蔽薄膜及其制备方法。

背景技术

现如今，电子技术领域高速发展的同时给人类社会带来了巨大困扰。这些困扰来源于电子设备带来的电磁干扰(EMI)问题，这种无形的电磁辐射一方面会影响人体健康，另一方面电子设备之间发射的电磁波也会影响精密设备的运行。另外，在航空航天、高温工作站、消防等领域，不仅要求材料有优良的电磁屏蔽(EMI SE)能力，更重要的是满足苛刻环境下的应用以及在苛刻环境下的长期耐久性。因此，开发可以应用在苛刻环境下的电磁屏蔽材料是现代研究的难题。

聚酰亚胺(PI)凭借其高强模量、耐高低温、耐腐蚀、耐辐射等特点，被广泛应用于航空航天、微电子、柔性显示、军事等特殊领域。静电纺丝技术是一种特殊的纤维制造工艺，通过静电纺丝制备的聚酰亚胺纳米纤维膜满足现代材料“超柔、轻量化”的要求。但聚酰亚胺的绝缘性能限制了其本身的电磁屏蔽效果，所以往往向聚合物中添加高导电性纳米填料，以改善复合材料的电磁屏蔽能力。同时，添加少量的纳米填料可以改善聚合物的隔热耐火性能，避免处于高温下的物体发生火灾、爆炸等危险。但往往过度的向聚合物基体中掺杂纳米材料往往会带来团聚等问题而造成材料力学性能的下降，因此引入独立屏蔽层并且调控好基体和屏蔽层的关系是至关重要的。

银纳米线(AgNW)是一种高长径比的一维导电纳米材料，通过改变AgNW之间的接触电阻可以显著提高材料的电导率，但AgNW在空气中稳定性差、易氧化，这严重影响了AgNW屏蔽材料的长期使用性，通常需要在AgNW外层包裹一层稳定性介质。MXene是一种由几个原子层厚度的过渡金属碳化物、氮化物或碳氮化物构成的二维(2D)片状无机化合物，因其高导电性、高热稳定性、丰富的表面官能团而成为EMI领域极具潜力的材料，厚度仅为45μm的纯Ti₃C₂T_x MXene薄膜在X波段显示出92dB的高EMI SE。但MXene薄膜的较低的力学性能和环境稳定性限制了其在电磁屏蔽领域实际应用。通常，需要对MXene进行表面改性、添加粘结剂、提供MXene附着衬底、特殊材料包覆等来满足不同条件下的使用需求。但迄今为止，以柔性聚合物纤维膜作为基底，在此基底上负载MXene涂层，随后热压成三明治结构复合膜的研究还较为匮乏。

因此，提供一种具有优异的力学性能、热稳定性和高温耐久性，在长期高温处理后依旧可以保持足够的电磁屏蔽效果的聚酰亚胺基电磁屏蔽薄膜是本领域技术人员亟需解决的技术问题。

发明内容

有鉴于此，本发明通过简单的层层组装方法制备了“三明治”结构的AgNW-PI/MXene/AgNW-PI电磁屏蔽薄膜。AgNW和MXene的存在赋予该材料良好的EMI SE；综合性能优异的高聚物聚酰亚胺赋予该三明治薄膜优异的力学性能、热稳定性和高温耐久性，使得材料在长期高温处理后依旧可以保持足够的电磁屏蔽效果；独特的三明治结构赋予材料良好的隔热性能和阻燃性能，保证了其在恶劣环境下的长期使用性。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种三明治结构的聚酰亚胺基电磁屏蔽薄膜，包括外层和中间层；所述外层为银纳米线-聚酰亚胺的复合纤维，所述中间层为MXene薄层。

本发明还提供了上述三明治结构的聚酰亚胺基电磁屏蔽薄膜的制备方法，包括以下步骤：