本發(fā)明屬于電磁波屏蔽材料領(lǐng)域，特別涉及一種柔性導(dǎo)電水凝膠及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、電子通訊技術(shù)的迅猛發(fā)展為人們帶來了便利，但同時也帶來了嚴重的電磁輻射，不僅影響電子設(shè)備的正常運行，還對人體健康造成危害，開發(fā)高性能抗電磁干擾材料已成為緩解日益嚴重的電磁污染問題的最有效途徑之一。電磁屏蔽材料憑借其高導(dǎo)電性和強損耗特性，能夠有效地反射和吸收入射的電磁波，從而實現(xiàn)對電磁波的衰減，降低其穿透能力。這一特性不僅有效保護了暴露在電磁輻射下的電子元器件，使其免受干擾和攻擊；同時也提升了電子設(shè)備的抗電磁干擾和電子打擊能力，增強了設(shè)備的電磁兼容性，對通訊系統(tǒng)安全、人體健康和環(huán)境保護等均具有重要意義。近年來，隨著便攜式設(shè)備和可穿戴電子產(chǎn)品的飛速發(fā)展，傳統(tǒng)剛性電磁屏蔽材料已無法滿足應(yīng)用需求。應(yīng)對柔性器件可彎曲性、可拉伸性和可壓縮性等特點，亟需開發(fā)具有高屏蔽效能的柔性電磁防護材料。

2、水凝膠是一種由聚合物鏈通過物理或化學(xué)交聯(lián)形成的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，其良好的柔韌性和可加工性，在醫(yī)療、環(huán)境科學(xué)、柔性電子等領(lǐng)域引起廣泛關(guān)注。其中，具有高電子傳輸特性的導(dǎo)電水凝膠，可有效增強電導(dǎo)損耗，使電磁波在材料表面發(fā)生反射，從而有效降低電磁輻射對環(huán)境和人體的影響，是極具應(yīng)用前景的面向柔性電子器件的電磁屏蔽材料。導(dǎo)電水凝膠通常分為填充型和本征導(dǎo)電型，其中填充型導(dǎo)電水凝膠的制備方法為在絕緣高分子基底中加入無機導(dǎo)電填料，從而提升水凝膠的電導(dǎo)率，常見的導(dǎo)電填料包括氧化石墨烯、碳納米管、mxene納米片和銀納米線等。例如，yu等人制備了一種含mxene納米片的有機水凝膠，其電導(dǎo)率為0.442s/m，電磁屏蔽效能高達37db(yu?y,et?al.nano-micro?letters,2022,14(1):77.)。雖然無機導(dǎo)電填料可有效提升導(dǎo)電性，但在長時間的聚合過程中，分散性變差，容易發(fā)生聚集或重新堆疊，導(dǎo)致有機水凝膠的力學(xué)性能降低。本征型導(dǎo)電水凝膠則是直接以導(dǎo)電聚合物為基體制備水凝膠。wang等人選用pedot:pss為基體采用干退火復(fù)水的方法制備了摻有離子液體的導(dǎo)電水凝膠，其電導(dǎo)率高達305s/cm，電磁屏蔽效能為54db。離子液體中陰離子可部分取代pss，使得pedot:pss發(fā)生納米相分離，從而提高電導(dǎo)率(wangj,et?al.advanced?materials,2022,34(12):2109904.)。但是，該水凝膠的最大應(yīng)變僅為30％左右，不足以滿足柔性器件對力學(xué)性能的要求。因此，迫切需要開發(fā)兼具高電導(dǎo)率并具備較好拉伸性的電磁屏蔽水凝膠，以滿足柔性電子器件、可穿戴設(shè)備在抗電磁干擾領(lǐng)域的應(yīng)用需求。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種柔性導(dǎo)電水凝膠及其制備方法和應(yīng)用，解決了目前填充型導(dǎo)電水凝膠存在無機導(dǎo)電填料與柔性高分子基體難以均勻復(fù)合的問題，以及本征導(dǎo)電聚合物基水凝膠力學(xué)性能不佳的問題。

2、本發(fā)明提供了一種柔性導(dǎo)電水凝膠，利用多酸誘導(dǎo)聚(3,4-乙烯二氧噻吩)-聚苯乙烯磺酸pedot:pss相分離，通過退火復(fù)溶劑法制備。

3、優(yōu)選的，所述多酸為磷鎢酸。

4、本發(fā)明還提供了一種柔性導(dǎo)電水凝膠的制備方法，包括如下步驟：

5、(1)將多酸超聲分散溶解在溶劑中，得到多酸溶液；隨后將樹脂加入到多酸溶液中，油浴加熱并進行冷凝回流，使樹脂充分分散在多酸溶液中，最后將混合溶液冷卻至室溫備用；

6、(2)將步驟(1)所得的混合溶液與pedot:pss混合形成預(yù)凝膠，在90-95℃下退火2-6h，加入溶劑，得到柔性導(dǎo)電水凝膠。

7、優(yōu)選的，所述步驟(1)中的多酸溶液濃度為0.1-0.3mol/l。

8、優(yōu)選的，所述步驟(1)中的樹脂為聚乙烯醇；所述樹脂在混合溶液中的質(zhì)量分數(shù)為6％-12％。

9、優(yōu)選的，所述步驟(1)中的超聲時間為10-20min。

10、優(yōu)選的，所述步驟(1)中的油浴加熱溫度為95℃，時間為2h。

11、優(yōu)選的，所述步驟(2)中的混合溶液和導(dǎo)電聚合物的體積比為1:3。

12、優(yōu)選的，所述步驟(1)的溶劑為體積比1:0.1-1的水和甘油的混合溶劑。

13、優(yōu)選的，所述步驟(2)的溶劑為體積比1:0-1的水和甘油的混合溶劑。

14、本發(fā)明還提供了一種柔性導(dǎo)電水凝膠在微波暗室、軍事隱身和電磁防護領(lǐng)域中的應(yīng)用。

15、有益效果

16、(1)本發(fā)明利用多酸誘導(dǎo)pedot:pss相分離，并通過退火復(fù)溶劑法制備了一種可高效屏蔽多波段電磁波的導(dǎo)電水凝膠。其中，多酸可以部分去除導(dǎo)電聚合物pedot:pss中不導(dǎo)電的pss，有效增加了水凝膠的電導(dǎo)率。該方法和傳統(tǒng)水凝膠制備工藝相比，制備周期更短，工藝流程更簡單。

17、(2)本發(fā)明制得的水凝膠具有獨特的微觀結(jié)構(gòu)，多酸誘導(dǎo)pedot:pss形成了連續(xù)的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，從而增強了電導(dǎo)損耗，使入射電磁波快速以熱能的形式耗散。此外，水凝膠中豐富的極性水分子、甘油和多酸提供了豐富的極化中心，有利于偶極極化，大幅提升了復(fù)合材料的電磁屏蔽性能。本發(fā)明制備得到的水凝膠具備優(yōu)異的電磁屏蔽效能，在x、ku和k波段總比電磁屏蔽效能(sset)分別可達104.74db/mm、104.74db/mm和127.52db/mm，并且屏蔽性能均以吸收為主，有效降低了電磁波二次污染。

18、(3)本發(fā)明選用聚乙烯醇為添加劑，有效提升了水凝膠的機械性能和環(huán)境穩(wěn)定性，開發(fā)出面向?qū)嶋H應(yīng)用的柔性電磁屏蔽水凝膠。

技術(shù)特征：

1.一種柔性導(dǎo)電水凝膠，其特征在于：利用多酸誘導(dǎo)聚(3,4-乙烯二氧噻吩)-聚苯乙烯磺酸pedot:pss相分離，通過退火復(fù)溶劑法制備。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的柔性導(dǎo)電水凝膠，其特征在于：所述多酸為磷鎢酸。

3.一種如權(quán)利要求1-2任一所述的柔性導(dǎo)電水凝膠的制備方法，包括如下步驟：

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的制備方法，其特征在于：所述步驟(1)中的多酸溶液濃度為0.1-0.3mol/l。

5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的制備方法，其特征在于：所述步驟(1)中的樹脂為聚乙烯醇；所述樹脂在混合溶液中的質(zhì)量分數(shù)為6％-12％。

6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的制備方法，其特征在于：所述步驟(1)中的超聲時間為10-20min。

7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的制備方法，其特征在于：所述步驟(1)中的溶劑為體積比1:0.1-1的水和甘油的混合溶劑。

8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的制備方法，其特征在于：所述步驟(2)中的溶劑為體積比1:0-1的水和甘油的混合溶劑。

9.根據(jù)權(quán)利要求3所述的制備方法，其特征在于：所述步驟(2)中的混合溶液和導(dǎo)電聚合物的體積比為1:3。

10.一種如權(quán)利要求1-2任一所述的柔性導(dǎo)電水凝膠在微波暗室、軍事隱身和電磁防護領(lǐng)域中的應(yīng)用。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及一種柔性導(dǎo)電水凝膠及其制備方法和應(yīng)用，利用多酸誘導(dǎo)PEDOT:PSS相分離，通過退火復(fù)溶劑法制備。本發(fā)明提供的水凝膠在X、Ku和K波段均展現(xiàn)出優(yōu)異的電磁屏蔽效能，并且機械拉伸性能優(yōu)良，在可穿戴、柔性電子通訊等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。

技術(shù)研發(fā)人員：張英漢,鄭琦,牟欣雨,王連軍,劉付勝聰,江莞
受保護的技術(shù)使用者：東華大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/6