[发明专利]一种利用球磨技术配制聚合物基打印墨水的制备方法并应用于电磁屏蔽

说明书

本发明属于电磁屏蔽复合材料技术领域，具体涉及一种利用球磨技术配制聚合物基打印墨水的制备方法并应用于电磁屏蔽。作为一种具有良好生物相容性和生物降解性的绿色材料，壳聚糖被选为聚合物添加剂从而改善油墨的可打印性。利用机械球磨技术能够使MXene均匀的分散在聚合物基体中，同时机械球磨过程可以改变固体颗粒的物理结构甚至内部晶体结构，从而改变材料的物理或化学性质。成功设计出一种具有出色的可打印性MXene油墨，为MXene在3D打印电磁干扰屏蔽材料领域实现突破性进展。

技术领域

本发明属于电磁屏蔽复合材料技术领域，具体涉及一种利用球磨技术配制聚合物基打印墨水的制备方法并应用于电磁屏蔽。

背景技术

最近灵活、便携的电子产品和互联网的蓬勃发展，极大地刺激了先进、小型化装置的设计。与传统的制造协议相比，直接墨水书写技术，如喷墨印刷和挤压印刷，允许数字和添加图案、定制、减少材料浪费、可扩展和快速生产等。为了实现印刷，油墨应符合三个决定性条件：高剪切应力下的低弹性剪切模量、足够大的静态弹性模量和均匀的油墨。直接墨水书写的一个重要步骤是加入了具有适当流体特性的功能性墨水，通常用于调整油墨的浓度/流变特性，以及提高印刷线条的导电性。通过添加聚合物调整油墨的可打印性对于可扩展、低成本、高效的印刷过程具有重要意义。

MXenes是过渡金属(M)的二维碳化物和氮化物家族，其中X代表碳或氮。研究最广泛的MXenes为碳化钛(Ti₃C₂T_x，其中T_x代表端基)具有高的电导率，可达10000S/cm。结果表明，Ti₃C₂T_x在电磁屏蔽领域已经被广泛开发应用，然而只有少数关于MXene直接打印用于电磁干扰屏蔽的报道。为了扩大生产规模和灵活的基于MXene的设备的工业应用，需要一种与商业生产线兼容的可控直接打印方法，其中实现MXene精确印刷的主要挑战在于MXene油墨配方。通过添加合适的聚合物实现MXene油墨的可打印性用于直接打印电磁干扰屏蔽材料是可行的，但聚合物基复合材料的电磁干扰屏蔽效能不仅与其组成有关，还与填料在聚合物基体中的分布有关。导电聚合物基复合材料的传统制备方法有很多，如浸渍法、溶液共混法和熔融共混法。这些方法的主要原理是将聚合物基质和纳米颗粒进行物理混合，因此非导电聚合物中的纳米颗粒大多随机分布在整个系统中。对于具有较大比表面积的二维材料MXene，由于聚集和团聚，很难实现理想的均匀分散，这严重限制了复合材料的导电性和EMI屏蔽性能[14]。因此，在增加聚合物调节MXene油墨可打印性的同时，又能在使MXnen在聚合物中均匀分散来改善聚合物基复合材料的电磁干扰屏蔽性能仍然是一个挑战。

发明内容

本发明设计出一种利用球磨技术配制聚合物基打印墨水的制备方法并应用于电磁屏蔽。作为一种具有良好生物相容性和生物降解性的绿色材料，壳聚糖(CS)被选为聚合物添加剂从而改善油墨的可打印性。利用机械球磨技术能够使MXene均匀的分散在聚合物基体中，同时机械球磨过程可以改变固体颗粒的物理结构甚至内部晶体结构，从而改变材料的物理或化学性质。成功设计出一种具有出色的可打印性MXene油墨，为MXene在3D打印电磁干扰屏蔽领域实现重大突破。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

采用12M盐酸和氟化锂选择性刻蚀Ti₃AlC₂中的金属Al层，经过超声之后从而生成少片层Ti₃C₂T_x。冷冻干燥之后形成Ti₃C₂T_x纳米片；

将一定质量的Ti₃C₂T_x、壳聚糖和冰乙酸一并加入球磨罐中；

设置球磨参数，开始进行球磨工艺，从而得到打印墨水；