基于银纳米管网络的柔性透明电磁屏蔽薄膜

来源 :大连理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:bylee
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高性能柔性透明电磁干扰屏蔽材料在航空、工业、医疗、科研等领域都有着迫切需求,是开发电磁屏蔽可视窗口、可穿戴设备及显示设备的重要组成。然而,制备高效、可靠的透明电磁干扰屏蔽器件仍面临诸多障碍。实现柔性、透明性及电磁屏蔽效能三项主要性能的平衡是柔性电磁电磁屏蔽薄膜设计及制备过程中的首要关注点。其次,机械稳定性以及成本也是需要考虑的重要问题。大量基于金属网络、金属纳米线、石墨烯、氧化石墨烯、导电聚合物、过渡金属碳化物等材料的柔性透明电磁屏蔽材料设计方案被提出,但是柔性、透明性以及电磁屏蔽效能之间有效平衡仍然是亟待解决的关键性问题。银纳米线由于纳米尺度下的高导电率及网络化透光性是目前最具竞争力的候选材料,然而基于传统化学法合成的银纳米线电磁屏蔽薄膜存在纳米线之间接触电阻大、接触稳定性差、电磁屏蔽效能与柔性及透明性难以兼顾的问题。本文创新地将静电纺丝技术与物理沉积技术相结合,以均匀、大面积的低直径电纺纳米纤维骨架为基础,制备了稳定互联的高性能银纳米管网络。总结了各项工艺中的关键参数及技术细节。随后研究了基于银纳米管网络的电磁屏蔽薄膜的光学性能、电学性能、电磁屏蔽效能以及机械性能。微米级的网络孔隙远高于可见光半波长从而有效避免了光线的衍射及摩尔纹的产生,使薄膜获得了远超其他材料的优异透明性。独特的核壳金属互连结构成功地避免了传统银纳米线搭接所产生的高接触电阻现象,一体化导电网络的形成使银纳米管网络的电导率(~1.0Ω/sq,透过率>90%)比以往的研究高出一个数量级。此外,所制备的厚度小于1 mm的银纳米管屏蔽膜可以很容易地转移到任意表面,作为一种柔性透明的电磁干扰信号屏蔽薄膜具有~35 d B的高电磁干扰屏蔽效能。该薄膜作为可视化窗口成功实现了4G通讯信号的稳定屏蔽并展现出超5000次的弯折稳定性(<10%的性能衰减)。大规模、低成本和简单的制备工艺使其在商业、工业及军事应用上具备巨大的潜力。最后,在柔性透明银纳米管网络的基础上,本文首次建立了管状金属网络的电磁屏蔽模型,研究了纳米尺度管状金属网络的电磁屏蔽机理并提出了等效电磁损耗电路模型。提出了管状金属网络中的电磁信号衰减数学模型并成功与试验结果拟合。
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