双壁碳纳米管电磁屏蔽膜的制备方法
阅读：12发布：2020-05-11
专利汇可以提供双壁碳纳米管电磁屏蔽膜的制备方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且一种 纳米材料 技术领域的双壁 碳 纳米管 电磁屏蔽 膜的制备方法，包括如下步骤：在卧式 石英 管反应器中进行反应，通入惰性气体，升温；将二茂 铁 和噻酚溶解于正己烷中，其中二茂铁浓度为2g/100ml，噻酚浓度为0.6ml/100ml；将溶解有二茂铁和噻酚的正己烷通入速率控制为0.5ml/min，控制惰性气体流量，反应进行5－40分钟，反应结束后取出基片，等基片冷却后从基片上剥离出膜，即得双壁 碳纳米管 电磁屏蔽膜。本 发明 的原料简单易得，成本低廉，对环境无污染；采用惰性气体保护，无明显易燃危险原料；产物易于处理，收率高，设备简单，可以半连续化操作，适于大量生产。，下面是双壁碳纳米管电磁屏蔽膜的制备方法专利的具体信息内容。
1、一种双壁碳纳米管电磁屏蔽膜的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一，在卧式石英管反应器中进行反应，通入惰性气体，升温；
步骤二，将二茂铁和噻酚溶解于正己烷中，其中二茂铁浓度为2g/100ml， 噻酚浓度为0.6ml/100ml；
步骤三，将溶解有二茂铁和噻酚的正己烷通入速率控制为0.5ml/min，控制 惰性气体流量，反应进行5-40分钟，反应结束后取出基片，等基片冷却后从基 片上剥离出膜，即得双壁碳纳米管电磁屏蔽膜。
2、根据权利要求1所述的双壁碳纳米管电磁屏蔽膜的制备方法，其特征是， 步骤一中，所述升温具体为升温到1100℃-1200℃。
3、根据权利要求1所述的双壁碳纳米管电磁屏蔽膜的制备方法，其特征是， 步骤三中，所述惰性气体流量为20L/h-60L/h。
技术领域
本发明涉及一种纳米材料技术领域的的制备方法，具体是一种双壁碳纳米 管电磁屏蔽膜的制备方法。
背景技术
随着电子技术的迅速发展，计算机、无线通讯得以广泛应用和密集配置，使 得空间充斥了不同波长和频率的电磁波，这些电磁波严重干扰了电子产品的正常 使用，而且经医学证明，它还会对人体健康产生危害。所以电磁波已成为继大气 污染、水污染、噪声污染后的一种新的污染源(电磁污染)。防止电磁波辐射污染 以保护环境和人体健康，已经成为当前国际上迫切需要解决的问题，特别是解决 用于天气预报、电视信号传输、通信微波中转系统的X波段(8.2-12.4GHz)电磁 波尤为重要。
铁磁材料和金属良导体、镀金属表面敷层型薄膜材料等由于具有较好的导 电性和介电参数，使其成为如今广泛应用的电磁屏蔽材料，铁磁材料和金属良导 体其重量重、柔性差、易腐蚀、不易加工等缺点明显，局限性较大。镀金属表面 敷层型薄膜材料表层导电薄膜附着力不高，容易产生剥离，二次加工性能较差。 以导电纤维为填充材料的填充复合型屏蔽材料由于重量相对较轻、耐腐蚀等特点 使其成为近年电磁屏蔽材料的研究热点，特别是碳纳米管或碳纤维填充型复合材 料。但导电纤维填充型复合材料其导电填充物填充量高、且填充物分布很难达到 均匀，导致电磁屏蔽效果不是很好。
经对现有技术的文献检索发现，Xu，H等在《Applied Physics Letters》 (应用物理快报)2007年第90卷183119页发表了题为《Microwave shielding of transparent and conducting single-walled carbon nanotube films》(透明导电单壁碳纳米管薄膜的微波屏蔽)一文，文中评述：采用对分散 的单壁碳纳米管溶液进行过滤的方法制备单壁碳纳米管薄膜，并对该膜进行电磁 屏蔽测试，显示其在高频段有28dB的电磁屏蔽效能。由于薄膜制备方法上的缺 陷，薄膜中含有较多的表面活性剂及滤膜吸附物，导致其导电性能的下降，从而降 低了电磁屏蔽效能。另外，该薄膜很难操作，且制备面积不大，产量较低，很难 实现大规模生产。
铁磁材料和金属良导体、镀金属表面敷层型薄膜材料等由于具有较好的导 电性和介电参数，使其成为如今广泛应用的电磁屏蔽材料，铁磁材料和金属良导 体其重量重、柔性差、易腐蚀、不易加工等缺点明显，局限性较大。镀金属表面 敷层型薄膜材料表层导电薄膜附着力不高，容易产生剥离，二次加工性能较差。 以导电纤维为填充材料的填充复合型屏蔽材料由于重量相对较轻、耐腐蚀等特点 使其成为近年电磁屏蔽材料的研究热点，特别是碳纳米管或碳纤维填充型复合材 料。但导电纤维填充型复合材料其导电填充物填充量高、且填充物分布很难达到 均匀，导致电磁屏蔽效果不是很好。
经对现有技术的文献检索发现，Xu，H等在《Applied Physics Letters》 (应用物理快报)2007年第90卷183119页发表了题为《Microwave shielding of transparent and conducting single-walled carbon nanotube films》(透明导电单壁碳纳米管薄膜的微波屏蔽)一文，文中评述：采用对分散 的单壁碳纳米管溶液进行过滤的方法制备单壁碳纳米管薄膜，并对该膜进行电磁 屏蔽测试，显示其在高频段有28dB的电磁屏蔽效能。由于薄膜制备方法上的缺 陷，薄膜中含有较多的表面活性剂及滤膜吸附物，导致其导电性能的下降，从而降 低了电磁屏蔽效能。另外，该薄膜很难操作，且制备面积不大，产量较低，很难 实现大规模生产。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种双壁碳纳米管电磁屏蔽 膜的制备方法。本发明的原料简单易得，成本低廉，对环境无污染；采用惰性气 体保护，无明显易燃危险原料；产物易于处理，收率高，设备简单，可以半连续 化操作，适于大量生产。
本发明是通过以下技术方案实现的，本发明涉及一种双壁碳纳米管电磁屏 蔽膜的制备方法，包括如下步骤：
步骤一，在卧式石英管反应器中进行反应，通入惰性气体，升温；
步骤二，将二茂铁和噻酚溶解于正己烷中，其中二茂铁浓度为2g/100ml， 噻酚浓度为0.6ml/100ml；
步骤三，将溶解有二茂铁和噻酚的正己烷通入速率控制为0.5ml/min，控制 惰性气体流量，反应进行5-40分钟，反应结束后取出基片，等基片冷却后从基 片上剥离出膜，即得双壁碳纳米管电磁屏蔽膜。
步骤一中，所述升温具体为升温到1100℃-1200℃。
步骤三中，所述惰性气体流量为20L/h-60L/h。
本发明采用正己烷做为碳源，二茂铁作为催化剂及噻酚作为生长促进剂， 以惰性气体为保护气体及载气。正己烷和催化剂同时供给，在高温区分解出碳和 纳米铁粒子，在高温区生成双壁碳纳米管。反应在卧式的石英管反应器中进行， 在气流的作用下高温区的双壁碳纳米管沉积在末端的基片上，沉积不同的时间可 得到不同厚度的碳纳米管膜。
本发明具有如下的有益效果：本发明工艺简单易行，很容易从基片上剥离 双壁碳纳米管膜，并方便的调节所需膜厚，从而得到不同表面电阻的双壁碳纳米 管膜用于不同场合的电磁屏蔽。本发明制备的电磁屏蔽材料重量可忽略不计，本 发明的可得到面积超过30×15cm2且可任意操作的大面积双壁碳纳米管膜材料， 所得到的双壁碳纳米管膜密度为0.1g/cm3，厚度为1μm-8μm，表面电阻为 8.35Ω/Sq-26.29Ω/Sq。该膜能直接用于电磁屏蔽，其在X波段的电磁屏蔽效能 可达61dB-67dB，其屏蔽效能大大高于常用的碳纳米管(碳纤维)填充型复合材 料(20-30dB)。本发明的原料简单易得，成本低廉，对环境无污染；采用惰性气 体保护，无明显易燃危险原料；产物易于处理，收率高，设备简单，可以半连续 化操作，适于大量生产。
本发明是通过以下技术方案实现的，本发明涉及一种双壁碳纳米管电磁屏 蔽膜的制备方法，包括如下步骤：
步骤一，在卧式石英管反应器中进行反应，通入惰性气体，升温；
步骤二，将二茂铁和噻酚溶解于正己烷中，其中二茂铁浓度为2g/100ml， 噻酚浓度为0.6ml/100ml；
步骤三，将溶解有二茂铁和噻酚的正己烷通入速率控制为0.5ml/min，控制 惰性气体流量，反应进行5-40分钟，反应结束后取出基片，等基片冷却后从基 片上剥离出膜，即得双壁碳纳米管电磁屏蔽膜。
步骤一中，所述升温具体为升温到1100℃-1200℃。
步骤三中，所述惰性气体流量为20L/h-60L/h。
本发明采用正己烷做为碳源，二茂铁作为催化剂及噻酚作为生长促进剂， 以惰性气体为保护气体及载气。正己烷和催化剂同时供给，在高温区分解出碳和 纳米铁粒子，在高温区生成双壁碳纳米管。反应在卧式的石英管反应器中进行， 在气流的作用下高温区的双壁碳纳米管沉积在末端的基片上，沉积不同的时间可 得到不同厚度的碳纳米管膜。
本发明具有如下的有益效果：本发明工艺简单易行，很容易从基片上剥离 双壁碳纳米管膜，并方便的调节所需膜厚，从而得到不同表面电阻的双壁碳纳米 管膜用于不同场合的电磁屏蔽。本发明制备的电磁屏蔽材料重量可忽略不计，本 发明的可得到面积超过30×15cm2且可任意操作的大面积双壁碳纳米管膜材料， 所得到的双壁碳纳米管膜密度为0.1g/cm3，厚度为1μm-8μm，表面电阻为 8.35Ω/Sq-26.29Ω/Sq。该膜能直接用于电磁屏蔽，其在X波段的电磁屏蔽效能 可达61dB-67dB，其屏蔽效能大大高于常用的碳纳米管(碳纤维)填充型复合材 料(20-30dB)。本发明的原料简单易得，成本低廉，对环境无污染；采用惰性气 体保护，无明显易燃危险原料；产物易于处理，收率高，设备简单，可以半连续 化操作，适于大量生产。
具体实施方式
以下实例将结合附图对本发明作进一步说明。本实施例在以本发明技术方 案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和过程，但本发明的保护范围不限 于下述的实施例。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照常规条件， 或按照制造厂商所建议的条件。
实施例1
准备好厚度0.5mm、长度30cm、宽度6.5cm铝箔，然后让其经无水乙醇清 洗，再用体积分数为10％的HCl浸泡以除去氧化层，之后卷成圆柱形筒状放入卧 式石英反应管的反应末端(石英反应管直径20mm)，然后反应管末端用橡胶塞封 闭，在橡胶塞上仅留一小出气口。实验装置安装完毕后，卧式石英反应管通入氩 气保护，升温到1150℃，升温速率为20℃/min，然后由电子泵通入溶解有二茂 铁、噻酚的正己烷溶液，二茂铁浓度为2g/100ml，噻酚浓度为0.6ml/100ml，通 入速率为0.5ml/min，调节氩气的流量为60L/h，反应时间持续5分钟。反应结 束后，取出基片，等基片冷却至25℃后从基片上剥离出膜，所得膜为双壁碳纳 米管膜，膜面积为30×6cm2，膜厚为1μm，表面电阻为25.83Ω/Sq，密度0.1g/cm3， 电磁屏蔽效能在X波段为18dB-21dB。
实施例2
准备好厚度0.5mm、长度30cm、宽度9.5cm铝箔，然后让其经无水乙醇清 洗，再用体积分数为10％的HCl浸泡以除去氧化层，之后卷成圆柱形筒状放入卧 式石英反应管的反应末端(石英反应管直径30mm)，然后反应管末端用橡胶塞封 闭，在橡胶塞上仅留一小出气口。实验装置安装完毕后，卧式石英反应管通入氩 气保护，升温到1100℃，升温速率为20℃/min，然后由电子泵通入溶解有二茂 铁、噻酚的正己烷溶液，二茂铁浓度为2g/100ml，噻酚浓度为0.6ml/100ml，通 入速率为0.5ml/min，调节氩气的流量为40L/h，反应时间持续5分钟。反应结 束后，取出基片，等基片冷却至25℃后从基片上剥离出膜，所得膜为双壁碳纳 米管膜，膜面积为30×9cm2，膜厚为1μm，表面电阻为26.29Ω/Sq，密度0.1g/cm3， 电磁屏蔽效能在X波段为17dB-20dB。
实施例3
准备好厚度0.5mm、长度30cm、宽度16cm铝箔，然后让其经无水乙醇清洗， 再用体积分数为10％的HCl浸泡以除去氧化层，之后卷成圆柱形筒状放入卧式石 英反应管的反应末端(石英反应管直径50mm)，然后反应管末端用橡胶塞封闭， 在橡胶塞上仅留一小出气口。实验装置安装完毕后，卧式石英反应管通入氩气保 护，升温到1200℃，升温速率为20℃/min，然后由电子泵通入溶解有二茂铁、 噻酚的正己烷溶液，二茂铁浓度为2g/100ml，噻酚浓度为0.6ml/100ml，通入速 率为0.5ml/min，调节氮气的流量为20L/h，反应时间持续10分钟。反应时间 后，取出基片，等基片冷却后从基片上剥离出膜，所得膜为双壁碳纳米管膜，膜 面积为30×16cm2，膜厚为2μm，表面电阻为17.36Ω/Sq，密度0.1g/cm3，电磁 屏蔽效能在X波段为25dB-31dB。
实施例4
准备好厚度0.5mm、长度30cm、宽度13cm铝箔，然后让其经无水乙醇清洗， 再用体积分数为10％的HCl浸泡以除去氧化层，之后卷成圆柱形筒状放入卧式石 英反应管的反应末端(石英反应管直径40mm)，然后反应管末端用橡胶塞封闭， 在橡胶塞上仅留一小出气口。实验装置安装完毕后，卧式石英反应管通入氩气保 护，升温到1100℃，升温速率为20℃/min，然后由电子泵通入溶解有二茂铁、 噻酚的正己烷溶液，二茂铁浓度为2g/100ml，噻酚浓度为0.6ml/100ml，通入速 率为0.5ml/min，调节氩气的流量为60L/h，反应时间持续20分钟。反应结束 后，取出基片，等基片冷却后从基片上剥离出膜，所得膜为双壁碳纳米管膜，膜 面积为30×13cm2，膜厚为4μm，表面电阻为10.10Ω/Sq，密度0.1g/cm3，电磁 屏蔽效能在X波段为32dB-40dB。
实施例5
准备好厚度0.5mm、长度30cm、宽度16cm铝箔，然后让其经无水乙醇清洗， 再用体积分数为10％的HCl浸泡以除去氧化层，之后卷成圆柱形筒状放入卧式石 英反应管的反应末端(石英反应管直径50mm)，然后反应管末端用橡胶塞封闭， 在橡胶塞上仅留一小出气口。实验装置安装完毕后，卧式石英反应管通入氩气保 护，升温到1150℃，升温速率为20℃/min，然后由电子泵通入溶解有二茂铁、 噻酚的正己烷溶液，二茂铁浓度为2g/100ml，噻酚浓度为0.6ml/100ml，通入速 率为0.5ml/min，调节氩气的流量为40L/h，反应时间持续40分钟。反应时间 后，取出基片，等基片冷却至常温后从基片上剥离出膜，所得膜为双壁碳纳米管 膜，膜面积为30×16cm2，膜厚为8μm，表面电阻为8.35Ω/Sq，密度0.1g/cm3， 电磁屏蔽效能在X波段为61dB-67dB。
实施例1
准备好厚度0.5mm、长度30cm、宽度6.5cm铝箔，然后让其经无水乙醇清 洗，再用体积分数为10％的HCl浸泡以除去氧化层，之后卷成圆柱形筒状放入卧 式石英反应管的反应末端(石英反应管直径20mm)，然后反应管末端用橡胶塞封 闭，在橡胶塞上仅留一小出气口。实验装置安装完毕后，卧式石英反应管通入氩 气保护，升温到1150℃，升温速率为20℃/min，然后由电子泵通入溶解有二茂 铁、噻酚的正己烷溶液，二茂铁浓度为2g/100ml，噻酚浓度为0.6ml/100ml，通 入速率为0.5ml/min，调节氩气的流量为60L/h，反应时间持续5分钟。反应结 束后，取出基片，等基片冷却至25℃后从基片上剥离出膜，所得膜为双壁碳纳 米管膜，膜面积为30×6cm2，膜厚为1μm，表面电阻为25.83Ω/Sq，密度0.1g/cm3， 电磁屏蔽效能在X波段为18dB-21dB。
实施例2
准备好厚度0.5mm、长度30cm、宽度9.5cm铝箔，然后让其经无水乙醇清 洗，再用体积分数为10％的HCl浸泡以除去氧化层，之后卷成圆柱形筒状放入卧 式石英反应管的反应末端(石英反应管直径30mm)，然后反应管末端用橡胶塞封 闭，在橡胶塞上仅留一小出气口。实验装置安装完毕后，卧式石英反应管通入氩 气保护，升温到1100℃，升温速率为20℃/min，然后由电子泵通入溶解有二茂 铁、噻酚的正己烷溶液，二茂铁浓度为2g/100ml，噻酚浓度为0.6ml/100ml，通 入速率为0.5ml/min，调节氩气的流量为40L/h，反应时间持续5分钟。反应结 束后，取出基片，等基片冷却至25℃后从基片上剥离出膜，所得膜为双壁碳纳 米管膜，膜面积为30×9cm2，膜厚为1μm，表面电阻为26.29Ω/Sq，密度0.1g/cm3， 电磁屏蔽效能在X波段为17dB-20dB。
实施例3
准备好厚度0.5mm、长度30cm、宽度16cm铝箔，然后让其经无水乙醇清洗， 再用体积分数为10％的HCl浸泡以除去氧化层，之后卷成圆柱形筒状放入卧式石 英反应管的反应末端(石英反应管直径50mm)，然后反应管末端用橡胶塞封闭， 在橡胶塞上仅留一小出气口。实验装置安装完毕后，卧式石英反应管通入氩气保 护，升温到1200℃，升温速率为20℃/min，然后由电子泵通入溶解有二茂铁、 噻酚的正己烷溶液，二茂铁浓度为2g/100ml，噻酚浓度为0.6ml/100ml，通入速 率为0.5ml/min，调节氮气的流量为20L/h，反应时间持续10分钟。反应时间 后，取出基片，等基片冷却后从基片上剥离出膜，所得膜为双壁碳纳米管膜，膜 面积为30×16cm2，膜厚为2μm，表面电阻为17.36Ω/Sq，密度0.1g/cm3，电磁 屏蔽效能在X波段为25dB-31dB。
实施例4
准备好厚度0.5mm、长度30cm、宽度13cm铝箔，然后让其经无水乙醇清洗， 再用体积分数为10％的HCl浸泡以除去氧化层，之后卷成圆柱形筒状放入卧式石 英反应管的反应末端(石英反应管直径40mm)，然后反应管末端用橡胶塞封闭， 在橡胶塞上仅留一小出气口。实验装置安装完毕后，卧式石英反应管通入氩气保 护，升温到1100℃，升温速率为20℃/min，然后由电子泵通入溶解有二茂铁、 噻酚的正己烷溶液，二茂铁浓度为2g/100ml，噻酚浓度为0.6ml/100ml，通入速 率为0.5ml/min，调节氩气的流量为60L/h，反应时间持续20分钟。反应结束 后，取出基片，等基片冷却后从基片上剥离出膜，所得膜为双壁碳纳米管膜，膜 面积为30×13cm2，膜厚为4μm，表面电阻为10.10Ω/Sq，密度0.1g/cm3，电磁 屏蔽效能在X波段为32dB-40dB。
实施例5
准备好厚度0.5mm、长度30cm、宽度16cm铝箔，然后让其经无水乙醇清洗， 再用体积分数为10％的HCl浸泡以除去氧化层，之后卷成圆柱形筒状放入卧式石 英反应管的反应末端(石英反应管直径50mm)，然后反应管末端用橡胶塞封闭， 在橡胶塞上仅留一小出气口。实验装置安装完毕后，卧式石英反应管通入氩气保 护，升温到1150℃，升温速率为20℃/min，然后由电子泵通入溶解有二茂铁、 噻酚的正己烷溶液，二茂铁浓度为2g/100ml，噻酚浓度为0.6ml/100ml，通入速 率为0.5ml/min，调节氩气的流量为40L/h，反应时间持续40分钟。反应时间 后，取出基片，等基片冷却至常温后从基片上剥离出膜，所得膜为双壁碳纳米管 膜，膜面积为30×16cm2，膜厚为8μm，表面电阻为8.35Ω/Sq，密度0.1g/cm3， 电磁屏蔽效能在X波段为61dB-67dB。
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