基于PTFE/Ag/PTFE多层膜结构的多功能电磁屏蔽织物的制备与性能研究

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自人类文明诞生以来,纺织品一直承担着为人们抵御严寒、遮羞蔽体的作用。随着科技日益的发展与成熟,人类的生活质量也逐渐提高,单一功能的纺织品无法满足人类的需求。因此,开发具有应用价值的多功能纺织品可以帮助人们应对各种不同的场景需求。本文使用磁控溅射法在织物上沉积多层薄膜,以实现对织物的表面改性,通过对材料的选择、结构的设计和溅射工艺的优化,制备的功能织物具有高效的电磁屏蔽性能、优异的红外隐身性能和个人热管理性能,最后通过引入高折射率的介质层进一步赋予了功能织物丰富的结构色,具体研究如下:(1)为了实现功能织物的高电磁屏蔽效能,使用金属银(Ag)改性织物,并设计了聚四氟乙烯(PTFE)/Ag/PTFE(PAP)的多层结构,PTFE不仅对Ag有着高效的保护作用,且可以赋予织物表面优异的疏水性能,通过对PTFE沉积工艺的优化,PAP的水接触角高达125.7°,并具有良好的自清洁功能和耐酸碱、耐磨损、耐弯折以及耐洗涤性能。探索了不同Ag层厚度的PAP的电磁屏蔽效能,并研究了PTFE对电磁屏蔽效能的影响,当Ag层厚度小于20 nm时,PTFE对屏蔽效能的影响较大,而Ag层厚度大于20nm时,PTFE对屏蔽效能几乎没有影响。当Ag层厚度为100 nm时,PAP在X波段的电磁屏蔽效能达到了56 d B。此外设计了双面PAP(D-PAP)的结构,构造了Fabry-Pe?rot谐振腔,使其电磁屏蔽效能相较于PAP进一步提高,Ag层总厚度为100 nm的D-PAP在X波段的平均屏蔽效能达到了73 d B。(2)对PAP的红外隐身性能和个人热管理性能进行了深入研究。PAP的表面红外发射率随着Ag层厚度的增加而降低,Ag层的厚度达到50 nm时,其在波长为3–14μm的红外波段上的平均发射率低于10%,具有优异的红外隐身效果和保温型个人热管理性能。通过自制的保温性能测量系统对比了棉织物、PAP和D-PAP三者的保温性能,在相同的环境下,它们分别将电热片模拟的人体皮肤温度提高了3.6、5.9、6.3℃,并且计算了三者单位面积的热辐射损失功率分别为42.17、1.51、1.17 W/m~2。(3)为了实现PAP功能织物的结构色成色,在PAP上引入高折射率的Ti Nx或Ti Ox层,配合高反射率的Ag层,通过调控Ti Nx和Ti Ox层的厚度制备了具有丰富结构色的功能织物。Ti Nx的引入赋予了PAP的主要颜色有:黄色、浅紫色、深蓝色、褐色和墨绿色。Ti Ox的引入赋予了PAP的主要颜色有:黄色、深棕色、紫色、银灰色和天蓝色。本论文提出的PAP有机-无机多层结构为普通织物赋予了多功能特性,使其具有了电磁屏蔽、红外隐身和个人保温热管理等功能。同时,通过进一步引入Ti Nx或Ti Ox层实现了丰富的结构色。本论文研究有利于实现无污染、无排放的绿色织物功能化,通过真空物理气相沉积技术的应用能够有效避免传统电镀、印染行业为实现电磁屏蔽、多彩织物所产生的环境污染,并通过在织物中发展新的光学、电磁结构设计拓展传统织物在可穿戴、智能交互、人体健康应用方面新的特性和功能。
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