本發(fā)明的實施例總體涉及復合材料，并且更具體地涉及一種具有熱管理性能的電磁屏蔽復合膜及其制備方法和應用。

背景技術(shù)：

1、電磁波作為信息傳輸?shù)闹匾浇?，已?jīng)滲透到了人類社會的方方面面，快速發(fā)展的電磁波技術(shù)在為生活帶來極大便利的同時，也不可避免地帶來了電磁干擾問題。例如，在通訊領域，電磁干擾可能會導致無線通信或有線通信的中斷或不穩(wěn)定，造成數(shù)據(jù)傳輸錯誤、數(shù)據(jù)包丟失或連接中斷，從而影響正常的通信過程；在醫(yī)療領域，電磁干擾可能會導致關鍵設備故障，造成誤診或錯誤治療，危及患者的生命安全；在軍事領域，電磁干擾可以成為信息安全的風險，使得敏感信息在傳輸過程中容易被竊取或泄露；在電子領域，強烈的電磁干擾可能會干擾控制信號、傳感器信號或輸入/輸出接口，導致設備產(chǎn)生錯誤指令或錯誤輸出，從而引發(fā)誤操作和系統(tǒng)錯誤，甚至使電子設備的電路過載、芯片損壞或系統(tǒng)崩潰，導致設備無法正常工作或縮短服務壽命。

2、因此，業(yè)內(nèi)研發(fā)出了電磁屏蔽薄膜，用于阻止電磁波對鄰近線路及元件的干擾，以確保電子設備的正常運行。由于飛機、衛(wèi)星等飛行器極易受強電磁場擾動的影響且造成的后果較為嚴重，電磁屏蔽薄膜被廣泛應用于航空航天領域。

3、除了電磁干擾因素，積冰也會對戶外工作的各類飛行器或者電子設備構(gòu)成嚴重威脅，為了不增加負重和結(jié)構(gòu)設計難度，業(yè)內(nèi)迫切需要開發(fā)出兼具電磁屏蔽和除冰效果的多功能薄膜材料。

4、此外，考慮到長期暴露在電磁波中會對人體產(chǎn)生健康危害，電磁屏蔽薄膜也可被應用于個人可穿戴領域?qū)崿F(xiàn)防輻射功能，為了增強可穿戴設備的使用舒適性，屏蔽材料往往需要具備良好的焦耳熱或光熱性能，增強自身的熱管理從而使人體更好地適應外界溫度。因此，金屬材料因其具備理想的電磁屏蔽能力、焦耳熱和光熱性能而成為選擇目標，但金屬材料本身的高密度、柔韌性差和加工性能差等特點又使其難以滿足戶外特種設備或下一代集成穿戴器件的需求。

5、綜上，雖然電磁屏蔽復合膜具有廣泛的應用前景，但目前仍面臨一些挑戰(zhàn)，業(yè)內(nèi)亟需開發(fā)出一種多功能柔性薄膜，兼具熱管理性能、高效電磁屏蔽性能、光熱性能等功能。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、針對上述問題，本發(fā)明提供了一種具有熱管理性能的電磁屏蔽復合膜及其制備方法，通過對復合膜內(nèi)部組分及結(jié)構(gòu)的精心設計，從電磁波損耗機制的角度增強了復合膜的電磁屏蔽性能，還通過引入石蠟復合相變微膠囊使復合膜具備良好的儲熱密度和適宜人體的相變溫度區(qū)間，以實現(xiàn)熱管理功能。

2、本技術(shù)的技術(shù)方案如下：

3、一種具有熱管理性能的電磁屏蔽復合膜的制備方法，包括如下步驟：

4、s1?、將石蠟相變微膠囊、六方氮化硼粉末、醋酸乙烯-乙烯共聚乳液和去離子水混合均勻，對混合物進行冷凍干燥處理，研磨后得到粉末狀的石蠟復合相變微膠囊；

5、s2、將石蠟復合相變微膠囊與ti3c2tx溶液和納米纖維素溶液混合均勻，得到混合溶液a；

6、s3、配置聚乙烯醇溶液；

7、s4、在微孔濾膜上倒入聚乙烯醇溶液進行真空抽濾，然后倒入混合溶液a進行真空抽濾，最后倒入聚乙烯醇溶液進行真空抽濾，得到具有pva-ti3c2tx/cnf/ppw-pva結(jié)構(gòu)的復合薄膜；

8、s5、對復合薄膜進行自然干燥，然后放入液氮中冷凍干燥后取出，制得所需電磁屏蔽復合膜。

9、在本發(fā)明制備方法中：

10、所述石蠟相變微膠囊是以石蠟為相變囊芯、高分子材料為包覆壁材的微粒，隨著外界溫度的變化，作為囊芯的石蠟發(fā)生固-液相轉(zhuǎn)變實現(xiàn)對熱量的吸收和釋放。石蠟相變微膠囊與六方氮化硼粉末、醋酸乙烯-乙烯共聚乳液、去離子水混合后處理得到的產(chǎn)物為石蠟復合相變微膠囊，即ppw。

11、在眾多氮化硼變種里面，只有六方氮化硼和立方氮化硼是層狀結(jié)構(gòu)，層狀結(jié)構(gòu)有利于對石蠟相變微膠囊進行封裝，但立方氮化硼本身具有很高的硬度，與本發(fā)明要求的柔性特性并不適配，而六方氮化硼具有很好的化學惰性、良好的潤滑性能和優(yōu)秀的導熱性能有利于材料加工。

12、所述醋酸乙烯-乙烯共聚乳液，即vae乳劑，是以醋酸乙烯和乙烯單體為基本原料，與其它輔料通過乳液聚合方法共聚而成的高分子乳液。

13、所述聚乙烯醇溶液，即pva溶液。

14、所述ti3c2tx溶液，即碳化鈦（ti3c2tx）mxene少層/薄層分散液，是將ti3c2tx?mxene材料制備成薄層并分散在適當溶劑中。mxene是一類具有二維層狀結(jié)構(gòu)的材料，其化學式可表示為mn+1xntx，其中m代表前過渡金屬元素，如sc、ti、v、cr、zr、nb、mo等，x代表c或n元素，t代表表面端基，如-o、-oh、-f等。

15、所述納米纖維素溶液，即纖維素納米纖維cnf的水溶液。

16、所述微孔濾膜，即孔徑在0.1-10um之間的濾膜。

17、在一個實施例中，所述微孔濾膜為聚醚砜材質(zhì)，其通過聚醚砜超細纖維熱熔粘連在一起形成支撐，物理化學性質(zhì)穩(wěn)定，有很好的相容性且耐壓性好。

18、在部分實施例中，在步驟s1中，所用石蠟相變微膠囊和氮化硼粉末的質(zhì)量比為10：2-3。

19、在部分實施例中，所述六方氮化硼粉末的粒徑為10um。

20、利用醋酸乙烯-乙烯共聚乳液作為膠黏劑在石蠟相變微膠囊的表面包裹氮化硼，之后經(jīng)過冷凍干燥并研磨成粉末狀，形成以微膠囊和連續(xù)聚合物網(wǎng)絡起到雙重支撐作用的復合相變材料。

21、由于pva和cnf在復合薄膜中起到了一個聚合和外殼保護的作用，ti3c2tx?mxene和石蠟復合相變微膠囊ppw才是主要發(fā)揮電磁屏蔽、熱管理等性能的材料，因此，在本發(fā)明中將ti3c2tx?mxene和石蠟復合相變微膠囊ppw一起合稱為性能主材，在計算ppw的含量變化時也是以性能主材即ti3c2tx和ppw的總質(zhì)量作為基準來計算。

22、在部分實施例中，在步驟s2中，所述ti3c2tx溶液的濃度為5-10mg/ml；所述納米纖維素溶液的濃度為1.0-1.3wt%，溶液ph值為8-9，其中納米纖維素的直徑為4-10um，長度為1-3um；性能主材中石蠟復合相變微膠囊的質(zhì)量含量為20-80%；對混合溶液進行攪拌和超聲處理，攪拌時長為6-8h，超聲時長為30-45min。

23、納米纖維素分散在水中，會形成氫鍵交聯(lián)，凝膠性、觸變性強，即使采用低濃度比例的納米纖維素溶液也能達到填充整個空間的目標效果。

24、通過上述攪拌和超聲操作確保mxene薄層能夠均勻分散在溶液中并保持穩(wěn)定。

25、在部分實施例中，所述步驟s3的具體操作包括：將聚乙烯醇與去離子水混合，加熱攪拌后溶解，得到濃度為10-15mg/ml的聚乙烯醇溶液。

26、在部分實施例中，所述步驟s3中聚乙烯醇的醇解度為95%，溶解時的加熱溫度為90-95℃。

27、在部分實施例中，在步驟s4中，每次倒入的聚乙烯醇溶液與倒入的混合溶液a的體積比為1:4-7。

28、在部分實施例中，在步驟s5中，自然干燥時長為30-60min，放入液氮中冷凍干燥的時長為30-65s。

29、基于上述制備方法制備得到具有熱管理性能的電磁屏蔽復合膜，所述電磁屏蔽復合膜具有pva-ti3c2tx/cnf/ppw-pva的三明治結(jié)構(gòu)。

30、在部分實施例中，所述電磁屏蔽復合膜的性能主材中石蠟復合相變微膠囊的質(zhì)量含量為20-80%。

31、在部分實施例中，所述電磁屏蔽復合膜的厚度為37-61um。

32、上述具有熱管理性能的電磁屏蔽復合膜可被應用于防電磁干擾產(chǎn)品或可穿戴產(chǎn)品中。

33、本發(fā)明提供的技術(shù)方案至少具有如下有益效果：

34、1、在本發(fā)明申請中，pva作為聚合物基體與mxene形成強氫鍵進行上下兩層構(gòu)筑作用，提高了薄膜的柔性和機械性能，cnf的親水性表面與mxene相似，故具有良好的交聯(lián)能力，提升了薄膜成型能力，有助于后續(xù)液氮制孔，ppw也能通過mxene和cnf固定在其框架結(jié)構(gòu)中，保證薄膜具有優(yōu)異的穩(wěn)定性。而且負電荷的mxene和cnf能與帶正電荷的氮化硼進行庫倫組裝，有利于增強mxene和氮化硼納米片之間的應力傳遞作用，同時mxene與氮化硼納米片機械互鎖的大橫向尺寸有助于形成多尺度增強效益，層間摩擦力進一步阻礙了薄膜的相對滑移，使得薄膜整體的柔韌性和強度得以提高。

35、2、在本發(fā)明申請中，薄膜內(nèi)部的多孔結(jié)構(gòu)使得電磁波進入內(nèi)部后經(jīng)過多次反射和吸收，mxene的高電子密度會產(chǎn)生電流，造成電導損耗，而其豐富的極性官能團會增加偶極子損耗和界面極化損耗，使得電磁波能夠更好地被吸收，通過上述多重損耗機制共同作用有助于電磁波的有效耗散，增強復合膜的電磁屏蔽效果。

36、3、在本發(fā)明申請中，通過生成具有良好儲熱密度、優(yōu)異焓值和適宜人體的相變溫度區(qū)間（21~32℃）的ppw實現(xiàn)復合膜的熱管理性能，伴隨著微膠囊內(nèi)部石蠟的熔融和結(jié)晶過程實現(xiàn)儲熱目的，能夠更好地滿足人體可穿戴設備的應用需求。

37、應當理解，本部分所描述的內(nèi)容并非旨在標識本發(fā)明的實施例的關鍵或重要特征，也不用于限制本發(fā)明的范圍。本發(fā)明的其它特征將通過以下的說明書而變得容易理解。