本发明的目的之一是提供一种具有在5~18GHz电磁波波段具有
电磁干扰屏蔽 效果为30~40dB(厚度为2~3mm)性能的轻质电磁屏蔽材料。
本发明的另一目的是提出一种在碳纳米管上采用
化学镀工艺制得电磁屏蔽材料 的方法。
本发明是一种含有碳纳米管的电磁屏蔽材料,其由碳纳米管、金属铁、金属钴组 成,其中电磁屏蔽材料中金属铁的质量百分比为5~10,金属钴的质量百分比为10~ 15,余量为碳纳米管。
本发明的一种采用化学镀工艺制备电磁屏蔽材料的方法,包括有下列步骤:
第一步:基体材料的选取
基体材料为多壁碳纳米管;所述的多壁碳纳米管的直径为10~30nm,长度为 1~2μm;
第二步:对基体的前处理
(A)配制敏化处理液
敏化处理液由氯化亚
锡(SnCl2·2H2O)、锡酸钠(Na2SnO3)、
盐酸(HCl) 和去离子
水组成;
用量:500ml的去离子水中加入25~50g的氯化亚锡(SnCl2·2H2O)、2~ 4g的锡酸钠(Na2SnO3)、90~110ml的盐酸(HCl);
(B)敏化工艺
将第一步骤选取的多壁碳纳米管加入敏化处理液中;
敏化条件:在35~50℃的敏化
温度,功率500W的条件下,超声分散反应30~ 60min后,静止3~5min制得第一反应液;
将第一反应液进行抽滤获得第一产物;
抽滤条件:在室温条件下,调节抽滤
真空仪器的真空度为-0.1MPa,抽滤时间 10~20min后获得第一产物;
(C)配制活化处理液
活化处理液由氯化钯(PdCl2)、盐酸(HCl)和去离子水组成;
用量:500ml的去离子水中加入0.2~0.5g的氯化钯(PdCl2)、40~60ml的 盐酸(HCl);
(D)活化工艺
将第一产物加入活化处理液中;
活化条件:在35~50℃的活化温度,功率500W的条件下,超声分散反应30~ 60min后,静止3~5min制得第二反应液;
将第二反应液进行抽滤获得第二产物;
抽滤条件:在室温条件下,调节抽滤真空仪器的真空度为-0.1MPa,抽滤时间 10~20min后获得第二产物;
将第二产物放入干燥箱中,在90~110℃的条件下干燥3~4h后,制得第三 产物;
第三步:化学镀处理
(A)制化学镀液
化学镀液由
柠檬酸三钠(Na3C6H5O7)、
硫酸亚铁(FeSO4·7H2O)、硫酸钴 (CoSO4·7H2O)、次
亚磷酸钠(NaH2PO2)和去离子水组成;
用量:500ml的去离子水中加入40~50g的柠檬酸三钠(Na3C6H5O7)、4~ 6g的硫酸亚铁(FeSO4·7H2O)、8~10g的硫酸钴(CoSO4·7H2O)、16~22g 的次亚磷酸钠(NaH2PO2);
在化学镀液中添加
氨水(NH3·H2O)调节所述化学镀液的pH=8.5,获得第三 反应液;
(B)化学镀工艺
将制得的第三产物放入第三反应液中;
化学镀条件:在60~80℃的化学镀温度,功率500W的条件下,超声分散的条 件下反应60~90min后,静止3~5min制得第四反应液;
将第四反应液进行抽滤获得第四产物;
抽滤条件:在室温条件下,调节抽滤真空仪器的真空度为-0.1MPa,抽滤时间 10~20min后获得第四产物;
将第四产物放入干燥箱中,在90~110℃的条件下干燥3~4h后,制得第五 产物,即在碳纳米管上制得含有金属铁钴的电磁屏蔽材料。
本发明含有碳纳米管的电磁屏蔽材料的优点:该电磁屏蔽材料厚度为2~3mm 时的吸收强为30~40dB,频宽为5~18GHz,电磁屏蔽材料的
密度为2.2~3.0 g/cm3。
本发明采用化学镀工艺制备过程的优点:(1)在敏化过程中通过调节锡Sn离子 的浓度来控制活化过程中活性点的数量;(2)在化学镀工艺中,通过调节金属层中 铁钴的含量,可以提高电磁屏蔽材料的磁导率
实部为2.0~3.0,磁导率
虚部为1.0~ 1.5;(3)通过化学镀工艺在碳纳米管上制具有
纳米级的金属层,之前对载体进行活 化、敏化的分步处理化学镀工艺是一种伴有化学反应的物理包覆过程,可以通过调整 化学镀工艺参数以及主盐的种类和用量比,得到具有不同
介电常数的材料,即通过控 制化学镀工艺中的各个参量,可以调节磁性金属包覆碳纳米管的介电常数,从而得到 质优的电磁屏蔽材料。
下面将结合
附图和
实施例对本发明做进一步的详细说明。
本发明的电磁屏蔽材料由碳纳米管、金属铁、金属钴组成,其中电磁屏蔽材料中 金属铁的质量百分比为5~10,金属钴的质量百分比为10~15,余量为碳纳米管。
本发明采用化学镀工艺在碳纳米管上制备电磁屏蔽材料包括有如下步骤:
第一步:基体材料的选取
基体材料为多壁碳纳米管;所述的多壁碳纳米管的直径为10~30nm,长度为 1~2μm;
第二步:对基体的前处理
(A)配制敏化处理液
敏化处理液由氯化亚锡(SnCl2·2H2O)、锡酸钠(Na2SnO3)、盐酸(HCl) 和去离子水组成;
用量:500ml的去离子水中加入25~50g的氯化亚锡(SnCl2·2H2O)、2~ 4g的锡酸钠(Na2SnO3)、90~110ml的盐酸(HCl);
(B)敏化工艺
将第一步骤选取的多壁碳纳米管加入敏化处理液中;
敏化条件:在35~50℃的敏化温度,功率500W的条件下,超声分散反应30~ 60min后,静止3~5min制得第一反应液;
将第一反应液进行抽滤获得第一产物;
抽滤条件:在室温条件下,调节抽滤真空仪器的真空度为-0.1MPa,抽滤时间 10~20min后获得第一产物;
在本发明中,采用抽滤是将第一反应液中的Sn2+、Na+、Cl-和H+的除去,从 而得到第一产物。
(C)配制活化处理液
活化处理液由氯化钯(PdCl2)、盐酸(HCl)和去离子水组成;
用量:500ml的去离子水中加入0.2~0.5g的氯化钯(PdCl2)、40~60ml的 盐酸(HCl);
(D)活化工艺
将第一产物加入活化处理液中;
活化条件:在35~50℃的活化温度,功率500W的条件下,超声分散反应30~ 60min后,静止3~5min制得第二反应液;
将第二反应液进行抽滤获得第二产物;
抽滤条件:在室温条件下,调节抽滤真空仪器的真空度为-0.1MPa,抽滤时间 10~20min后获得第二产物;
在本发明中,采用抽滤是将第二反应液中的Sn2+、Sn4+、Pd2+、Cl-和H+的 除去,其中,Sn2+是附着在第一产物的多壁碳纳米管上的;Sn4+是在Sn2+与氯化钯 (PdCl2)发生化学反应得到,从而得到第二产物。
将第二产物放入干燥箱中,在90~110℃的条件下干燥3~4h后,制得第三 产物;
第三步:化学镀处理
(A)制化学镀液
化学镀液由柠檬酸三钠(Na3C6H5O7)、硫酸亚铁(FeSO4·7H2O)、硫酸钴 (CoSO4·7H2O)、次亚磷酸钠(NaH2PO2)和去离子水组成;
用量:500ml的去离子水中加入40~50g的柠檬酸三钠(Na3C6H5O7)、4~ 6g的硫酸亚铁(FeSO4·7H2O)、8~10g的硫酸钴(CoSO4·7H2O)、16~22g 的次亚磷酸钠(NaH2PO2);
在化学镀液中添加氨水(NH3·H2O)调节所述化学镀液的pH=8.5,获得第三 反应液;
(B)化学镀工艺
将制得的第三产物放入第三反应液中;
化学镀条件:在60~80℃的化学镀温度,功率500W的条件下,超声分散的条 件下反应60~90min后,静止3~5min制得第四反应液;
将第四反应液进行抽滤获得第四产物;
抽滤条件:在室温条件下,调节抽滤真空仪器的真空度为-0.1MPa,抽滤时间 10~20min后获得第四产物;
在本发明中,采用抽滤是将第四反应液中的C6H5O7 3-、H2PO3 -、Na+和少量 Fe2+、Co2+的除去,从而得到第四产物。
将第四产物放入干燥箱中,在90~110℃的条件下干燥3~4h后,制得第五 产物,即在碳纳米管上制得含有金属铁钴的电磁屏蔽材料。
实施例1:
本例的电磁屏蔽材料由碳纳米管、金属铁、钴组成,其中电磁屏蔽材料中金属铁 的质量百分比为5,金属钴的质量百分比为10,余量为碳纳米管。
本发明采用化学镀工艺在碳纳米管上制备电磁屏蔽材料包括有如下步骤:
第一步:基体材料的选取
基体材料为多壁碳纳米管;所述的多壁碳纳米管的直径为10~30nm,长度为 1~2μm;
第二步:对基体的前处理
(A)配制敏化处理液
敏化处理液由氯化亚锡(SnCl2·2H2O)、锡酸钠(Na2SnO3)、盐酸(HCl) 和去离子水组成;
用量:500ml的去离子水中加入25g的氯化亚锡(SnCl2·2H2O)、2.5g的锡 酸钠(Na2SnO3)、90ml的盐酸(HCl);
(B)敏化工艺
将第一步骤选取的多壁碳纳米管加入敏化处理液中;
敏化条件:在35℃的敏化温度,功率500W的条件下,超声分散(KQ-500B 型
超声波清洗器,昆山市超声仪器有限公司生产)反应40min后,静止3min制得 第一反应液;
将第一反应液进行抽滤获得第一产物;
抽滤条件:在室温条件下,调节抽滤真空仪器(SHZ-III型
循环水真空
泵)的真 空度为-0.1MPa,抽滤时间15min后获得第一产物;
在本发明中,采用抽滤是将第一反应液中的Sn2+、Na+、Cl-和H+的除去,从 而得到第一产物。
(C)配制活化处理液
活化处理液由氯化钯(PdCl2)、盐酸(HCl)和去离子水组成;
用量:500ml的去离子水中加入0.4g的氯化钯(PdCl2)、40ml的盐酸(HCl);
(D)活化工艺
将第一产物加入活化处理液中;
活化条件:在35℃的活化温度,功率500W的条件下,超声分散反应40min后, 静止3min制得第二反应液;
将第二反应液进行抽滤获得第二产物;
抽滤条件:在室温条件下,调节抽滤真空仪器(SHZ-III型循环水
真空泵)的真 空度为-0.1MPa,抽滤时间15min后获得第二产物;
在本发明中,采用抽滤是将第二反应液中的Sn2+、Sn4+、Pd2+、Cl-和H+的 除去,其中,Sn2+是附着在第一产物的多壁碳纳米管上的;Sn4+是在Sn2+与氯化钯 (PdCl2)发生化学反应得到,从而得到第二产物。
将第二产物放入干燥箱中,在90℃的条件下干燥4h后,制得第三产物;
第三步:化学镀处理
(A)制化学镀液
化学镀液由柠檬酸三钠(Na3C6H5O7)、硫酸亚铁(FeSO4·7H2O)、硫酸钴 (CoSO4·7H2O)、次亚磷酸钠(NaH2PO2)和去离子水组成;
用量:500ml的去离子水中加入41g的柠檬酸三钠(Na3C6H5O7)、4g的硫酸 亚铁(FeSO4·7H2O)、8g的硫酸钴(CoSO4·7H2O)、16g的次亚磷酸钠 (NaH2PO2);
在化学镀液中添加氨水(NH3·H2O)调节所述化学镀液的pH=8.5,获得第三 反应液;
(B)化学镀工艺
将制得的第三产物放入第三反应液中;
化学镀条件:在60℃的化学镀温度,功率500W的条件下,超声分散的条件下 反应90min后,静止3min制得第四反应液;
将第四反应液进行抽滤获得第四产物;
抽滤条件:在室温条件下,调节真空仪器(SHZ-III型循环水真空泵)的真空度 为-0.1MPa,抽滤时间15min后获得第四产物;
在本发明中,采用抽滤是将第四反应液中的C6H5O7 3-、H2PO3 -、Na+和少量 Fe2+、Co2+的除去,从而得到第四产物。
将第四产物放入干燥箱中,在90℃的条件下干燥4h后,制得第五产物,即在 碳纳米管上制得含有金属铁钴的电磁屏蔽材料。
制得的含有金属铁的质量百分比为5,金属钴的质量百分比为10,余量为碳纳 米管的电磁屏蔽材料,该电磁屏蔽材料厚度为2mm时,其吸收强为30dB(E8363B
矢量网络分析仪-聚焦透镜天线,北京环境特性研究所),频宽为6GHz,电磁屏蔽 材料的密度为2.23g/cm3。
实施例2:
本发明的电磁屏蔽材料由碳纳米管、金属铁、钴组成,其中电磁屏蔽材料中金属 铁的质量百分比为8,金属钴的质量百分比为12,余量为碳纳米管。
本发明采用化学镀工艺在碳纳米管上制备电磁屏蔽材料包括有如下步骤:
第一步:基体材料的选取
基体材料为多壁碳纳米管;所述的多壁碳纳米管的直径为10~30nm,长度为 1~2μm;
第二步:对基体的前处理
(A)配制敏化处理液
敏化处理液由氯化亚锡(SnCl2·2H2O)、锡酸钠(Na2SnO3)、盐酸(HCl) 和去离子水组成;
用量:500ml的去离子水中加入31g的氯化亚锡(SnCl2·2H2O)、3g的锡酸 钠(Na2SnO3)、100ml的盐酸(HCl);
(B)敏化工艺
将第一步骤选取的多壁碳纳米管加入敏化处理液中;
敏化条件:在40℃的敏化温度,功率500W的条件下,超声分散(KQ-500B 型
超声波清洗器,昆山市超声仪器有限公司生产)反应35min后,静止4min制得 第一反应液;
将第一反应液进行抽滤获得第一产物;
抽滤条件:在室温条件下,调节真空仪器(SHZ-III型循环水真空泵)的真空度 为-0.1MPa,抽滤时间17min后获得第一产物;
在本发明中,采用抽滤是将第一反应液中的Sn2+、Na+、Cl-和H+的除去,从 而得到第一产物。
(C)配制活化处理液
活化处理液由氯化钯(PdCl2)、盐酸(HCl)和去离子水组成;
用量:500ml的去离子水中加入0.45g的氯化钯(PdCl2)、45ml的盐酸(HCl);
(D)活化工艺
将第一产物加入活化处理液中;
活化条件:在40℃的活化温度,功率500W的条件下,超声分散反应35min后, 静止4min制得第二反应液;
将第二反应液进行抽滤获得第二产物;
抽滤条件:在室温条件下,调节真空仪器(SHZ-III型循环水真空泵)的真空度 为-0.1MPa,抽滤时间17min后获得第二产物;
在本发明中,采用抽滤是将第二反应液中的Sn2+、Sn4+、Pd2+、Cl-和H+的 除去,其中,Sn2+是附着在第一产物的多壁碳纳米管上的;Sn4+是在Sn2+与氯化钯 (PdCl2)发生化学反应得到,从而得到第二产物。
将第二产物放入干燥箱中,在100℃的条件下干燥3.5h后,制得第三产物;
第三步:化学镀处理
(A)制化学镀液
化学镀液由柠檬酸三钠(Na3C6H5O7)、硫酸亚铁(FeSO4·7H2O)、硫酸钴 (CoSO4·7H2O)、次亚磷酸钠(NaH2PO2)和去离子水组成;
用量:500ml的去离子水中加入45g的柠檬酸三钠(Na3C6H5O7)、5g的硫酸 亚铁(FeSO4·7H2O)、9g的硫酸钴(CoSO4·7H2O)、18g的次亚磷酸钠 (NaH2PO2);
在化学镀液中添加氨水(NH3·H2O)调节所述化学镀液的pH=8.5,获得第三 反应液;
(B)化学镀工艺
将制得的第三产物放入第三反应液中;
化学镀条件:在70℃的化学镀温度,功率500W的条件下,超声分散反应75min 后,静止4min制得第四反应液;
将第四反应液进行抽滤获得第四产物;
抽滤条件:在室温条件下,调节真空仪器(SHZ-III型循环水真空泵)的真空度 为-0.1MPa,抽滤时间17min后获得第四产物;
在本发明中,采用抽滤是将第四反应液中的C6H5O7 3-、H2PO3 -、Na+和少量 Fe2+、Co2+的除去,从而得到第四产物。
将第四产物放入干燥箱中,在100℃的条件下干燥3.5h后,制得第五产物, 即在碳纳米管上制得含有金属铁钴的电磁屏蔽材料。
制得的含有金属铁的质量百分比为10,金属钴的质量百分比为15,余量为碳纳 米管的电磁屏蔽材料,该电磁屏蔽材料厚度为2.5mm时,其吸收强为35dB (E8363B矢量网络分析仪-聚焦透镜天线,北京环境特性研究所),频宽为5.5 GHz,电磁屏蔽材料的密度为2.60g/cm3。
实施例3:
本发明的电磁屏蔽材料由碳纳米管、金属铁、钴组成,其中电磁屏蔽材料中金属 铁的质量百分比为10,金属钴的质量百分比为15,余量为碳纳米管。
本发明采用化学镀工艺在碳纳米管上制备电磁屏蔽材料包括有如下步骤:
第一步:基体材料的选取
基体材料为多壁碳纳米管;所述的多壁碳纳米管的直径为10~30nm,长度为 1~2μm;
第二步:对基体的前处理
(A)配制敏化处理液
敏化处理液由氯化亚锡(SnCl2·2H2O)、锡酸钠(Na2SnO3)、盐酸(HCl) 和去离子水组成;
用量:500ml的去离子水中加入37.5g的氯化亚锡(SnCl2·2H2O)、3.5g的 锡酸钠(Na2SnO3)、110ml的盐酸(HCl);
(B)敏化工艺
将第一步骤选取的多壁碳纳米管加入敏化处理液中;
敏化条件:在50℃的敏化温度,功率500W的条件下,超声分散(KQ-500B 型超声波清洗器,昆山市超声仪器有限公司生产)反应60min后,静止5min制得 第一反应液;
将第一反应液进行抽滤获得第一产物;
抽滤条件:在室温条件下,调节真空仪器(SHZ-III型循环水真空泵)的真空度 为-0.1MPa,抽滤时间20min后获得第一产物;
在本发明中,采用抽滤是将第一反应液中的Sn2+、Na+、Cl-和H+的除去,从 而得到第一产物。
(C)配制活化处理液
活化处理液由氯化钯(PdCl2)、盐酸(HCl)和去离子水组成;
用量:500ml的去离子水中加入0.5g的氯化钯(PdCl2)、50ml的盐酸(HCl);
(D)活化工艺
将第一产物加入活化处理液中;
活化条件:在50℃的活化温度,功率500W的条件下,超声分散反应30min后, 静止5min制得第二反应液;
将第二反应液进行抽滤获得第二产物;
抽滤条件:在室温条件下,调节真空仪器(SHZ-III型循环水真空泵)的真空度 为-0.1MPa,抽滤时间20min后获得第二产物;
在本发明中,采用抽滤是将第二反应液中的Sn2+、Sn4+、Pd2+、Cl-和H+的 除去,其中,Sn2+是附着在第一产物的多壁碳纳米管上的;Sn4+是在Sn2+与氯化钯 (PdCl2)发生化学反应得到,从而得到第二产物。
将第二产物放入干燥箱中,在110℃的条件下干燥3h后,制得第三产物;
第三步:化学镀处理
(A)制化学镀液
化学镀液由柠檬酸三钠(Na3C6H5O7)、硫酸亚铁(FeSO4·7H2O)、硫酸钴 (CoSO4·7H2O)、次亚磷酸钠(NaH2PO2)和去离子水组成;
用量:500ml的去离子水中加入47g的柠檬酸三钠(Na3C6H5O7)、6g的硫酸 亚铁(FeSO4·7H2O)、10g的硫酸钴(CoSO4·7H2O)、20g的次亚磷酸钠 (NaH2PO2);
在化学镀液中添加氨水(NH3·H2O)调节所述化学镀液的pH=8.5,获得第三 反应液;
(B)化学镀工艺
将制得的第三产物放入第三反应液中;
化学镀条件:在80℃的化学镀温度,功率500W的条件下,超声分散反应60min 后,静止5min制得第四反应液;
将第四反应液进行抽滤获得第四产物;
抽滤条件:在室温条件下,调节真空仪器(SHZ-III型循环水真空泵)的真空度 为-0.1MPa,抽滤时间20min后获得第四产物;
在本发明中,采用抽滤是将第四反应液中的C6H5O7 3-、H2PO3 -、Na+和少量 Fe2+、Co2+的除去,从而得到第四产物。
将第四产物放入干燥箱中,在110℃的条件下干燥3h后,制得第五产物,即 在碳纳米管上制得含有金属铁钴的电磁屏蔽材料。
制得的含有金属铁的质量百分比为8,金属钴的质量百分比为12,余量为碳纳 米管的电磁屏蔽材料,该电磁屏蔽材料厚度为3mm时,其吸收强为40dB (E8363B矢量网络分析仪-聚焦透镜天线,北京环境特性研究所),频宽为5GHz, 电磁屏蔽材料的密度为2.93g/cm3。