Page 97 - 《精细化工》2022年第6期
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第 6 期              李   桢，等:  细菌纤维素@Fe 3 O 4 /AgNWs 复合薄膜的制备与电磁屏蔽性能                       ·1163·


                 excellent electromagnetic shielding properties.
                 Key words: bacterial cellulose; silver nanowire; Fe 3 O 4  nanoparticles; hierarchical structures; electromagnetic
                 shielding properties; functional materials


                 随着航空航天、5G 通讯和柔性可穿戴电子设备                        起的二次污染      [21] 。研究了复合薄膜的微观形貌、力
            等高集成化、高密度化和高功率化的快速发展，由                             学性能和电磁屏蔽效能。该方法制备工艺简便，为
            电磁波引起的电磁干扰和人体辐射问题日益突出。                             制备低填充、高柔性聚合物电磁屏蔽材料提供了思
            因此，需要设计开发高效电磁屏蔽材料以保障 5G                            路与方法。
            信息传输和可穿戴电子设备的可靠运行，并维护人
            体健康    [1-3] 。                                     1   实验部分
                 传统电磁屏蔽材料如金属及其复合材料存在密
                                                               1.1   试剂与仪器
            度高、柔性低、易腐蚀和难加工等缺点，严重限制                                 BC，分析纯，桂林奇宏科技有限公司；六水合
            了该材料在柔性可穿戴电子设备中的应用                    [4-5] 。聚合
                                                               三氯化铁（FeCl 3 •6H 2 O），分析纯，国药集团化学试
            物基电磁屏蔽复合材料因质轻、良好的加工成型性
            及电磁屏蔽性能可调等优点成为研究的热点                     [6-8] 。然   剂有限公司；四水合氯化亚铁（FeCl 2 •4H 2 O），分析
                                                               纯，天津市天力化学试剂有限公司；NaOH，分析纯，
            而，目前研究所采用的聚合物基体多来自不可再生
                                                               天津市河东区红岩试剂厂；聚乙烯吡咯烷酮（PVP
            的化石原料，且难以生物降解，因此造成资源浪费
                                           [9]
            且与绿色可持续发展的理念相悖 。细菌纤维素                              K88），分析纯，成都市科龙化工试剂厂；二水合氯
                                                               化铜（CuCl 2 •2H 2 O，化学纯）、溴化钠（NaBr，分
            （BC）是一种由微生物发酵生成的一维纤维素材
                                                               析纯），上海麦克林生化科技有限公司；硝酸银
            料，具有高比表面积、优异的力学性能和良好的生
                                                               （AgNO 3 ），分析纯，上海泰坦股份有限公司；乙二
            物相容性等优点，可作为电磁屏蔽材料的柔性高强
            基底  [10-13] 。但 BC 不具有导电性和磁性，电磁屏蔽                   醇（EG）、乙醇，分析纯，广东光华科技有限公司。
                                                                   VECTOR-22 型傅里叶变换红外光谱仪、D8
            能力很低，需要引入导电高分子或纳米粒子以增强其
            与电/磁场的相互作用，从而提升电磁屏蔽效能                    [14-15] 。  QUEST 型 X 射线单晶衍射仪，德国 Bruker 公司；
                                                               VersaLab 型多功能振动样品磁强计，美国 Quantum
            银纳米线（AgNWs）是一种具有纳米尺度一维结构
                                                               Design 公司；FEI Verios 460 型高分辨场发射扫描电
            的金属线，具有比表面积高，导电、导热性能以及
                                                               子显微镜、FEI Tecnai G2 F20 S-TWIN 型透射电子
            耐弯折性能好等优点，在柔性电子器件和电磁屏蔽
            领域发挥着独特的应用优势             [16] 。                    显微镜（TEM），美国 FEI 公司；ST2258C 型四探针
                                                               电阻率测试仪，苏州晶格电子有限公司；ZVR4 型
                 要达到理想的电磁屏蔽性能，通常需要较高填
                                                               矢量网络分析仪，德国 Rohde & Schwarz 公司；AI-
            充量的导电或磁性填料，这导致复合材料的力学性
            能和可加工性下降。研究表明，通过将磁性材料与                             7000-NGD 型万能力学试验机，高特威尔有限公司。
            导电纳米材料相结合，利用磁损耗与导电损耗的协                             1.2   方法
            同作用能够有效增强电磁波衰减，从而达到高效电                             1.2.1  AgNWs 分散液的制备
            磁屏蔽的目的       [17-19] 。JIA 等 [20] 将二维导电 Ti 3C 2 T x 片   通过多元醇法      [22] 制备 AgNWs。以乙二醇为还原
                                                                         +
            层和磁性 Fe 3 O 4 纳米粒子引入芳纶纳米纤维（ANFs）                   剂，将 Ag 还原成 Ag，并引入不同成核剂以控制
            制得 Ti 3 C 2 T x /Fe 3 O 4 /ANFs 复合薄膜，在磁损耗和导        AgNWs 的生长。量取 25 mL 乙二醇和 0.4 g PVP K88
            电损耗的协同作用下，复合薄膜在 31 μm 的厚度下                         （相对分子质量约为 1300000）倒入 100 mL 三口烧
            电磁屏蔽效能（EMI SE）达到 39.1 dB。因此，将                      瓶中，在 170  ℃下以 1000 r/min 磁力搅拌 30 min 得
            磁性与导电纳米材料相结合构筑电磁多元复合结构                             到均匀混合溶液。将 0.1 mL CuCl 2•2H 2O（0.01 mol/L）
            是提高电磁屏蔽效能的有效途径。                                    和 0.1 mL  FeCl 3 •6H 2 O（0.004 mol/L）加入 0.8 mL
                 本文采用简便高效的原位共沉淀法和两步真空                          乙二醇溶液中，并转移至三口烧瓶中混合均匀。再
            辅助抽滤法，设计开发了一种层级结构 BC@Fe 3 O 4 /                    将 10 mL AgNO 3 （0.35 mol/L）和 NaBr（0.002 mol/L）
            AgNWs 复合薄膜。AgNWs 和 BC@Fe 3 O 4 分别作为                的乙二醇溶液加入反应体系中，5 min 后停止搅拌，
            高效导电层和磁性高性能聚合物增强层，使电磁屏                             170 ℃下反应 40 min。反应结束后，将混合体系冷
            蔽复合薄膜兼具优异的力学性能、高电导率等特                              却至室温，将所得的产物经无水乙醇洗涤、抽滤得
            性。磁性导电层级结构设计使复合薄膜呈现“吸收-                            到较为纯净的 AgNWs（用无水乙醇冲洗仅能洗去
            反射-吸收”损耗机制，减少了由电磁波直接反射引                            过量的 PVP K88 和 Ag 纳米颗粒，AgNWs 的表面仍
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