吸波玻璃及其在电子设备中的应用的制作方法

1.本发明涉及电磁吸波材料技术领域，特别是涉及吸波玻璃及其在电子设备中的应用。


背景技术：

2.玻璃作为一种特殊的光学材料，在航空航天领域、半导体领域、精密器件领域等都发挥着极其重要作用，其性能直接制约着相关装备的分辨率、精度、稳定性和可靠性等性能。
3.然而，传统玻璃主要针对光学性能进行了深入研究，对玻璃的吸波性能研究相对比较薄弱，因此，传统玻璃不具有吸波性能，导致电磁波会通过玻璃干扰电子设备。


技术实现要素：

4.基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种吸波玻璃及其在电子设备中的应用，所述吸波玻璃兼具优异的光学性能以及吸波性能，应用于电子设备时，能够有效改善电子设备的电磁屏蔽性能，提升电子设备的电磁抗扰度。
5.本发明提供了一种吸波玻璃，包括玻璃本体以及嵌设于所述玻璃本体中的网格状吸波结构，所述网格状吸波结构的制备原料包括复合磁性材料和凝固剂；
6.其中，所述复合磁性材料包括由多孔石墨烯椭球体和硫化锌纳米材料复合构成的复合材料以及包覆于所述复合材料表面的有机绝缘材料，其中，所述复合材料中，多个所述多孔石墨烯椭球体有序排列构成石墨烯群，所述硫化锌纳米材料融合于所述石墨烯群中。
7.在其中一个实施例中，所述网格状吸波结构中网格线的线宽为0.095mm-0.105mm。
8.在其中一个实施例中，所述网格状吸波结构中单个网格的面积为3.9mm
2-4.1mm2。
9.在其中一个实施例中，所述网格状吸波结构的单个网格为正方形。
10.在其中一个实施例中，所述复合磁性材料在所述网格状吸波结构中的质量分数为5％-15％。
11.在其中一个实施例中，所述石墨烯群中，所述多孔石墨烯椭球体呈三维阵列排布。
12.在其中一个实施例中，所述多孔石墨烯椭球体的赤道半径为100nm-120nm，极半径为200nm-250nm。
13.在其中一个实施例中，所述多孔石墨烯椭球体的孔径为14nm-25nm，所述硫化锌纳米材料的粒径与所述多孔石墨烯椭球体的孔径的比值为1:8-1:12。
14.在其中一个实施例中，所述复合磁性材料中，所述硫化锌纳米材料与所述石墨烯群的质量比为1:3-1:5。
15.本发明还提供一种所述的吸波玻璃在电子设备中的应用。
16.本发明通过对复合磁性材料中材料的选择以及结构的调控，使得复合磁性材料的吸波带宽覆盖20mhz-1.2ghz，插入损耗达到25db左右，具有吸收带宽可调和吸波性能强的优势。从而，将其制成网格状吸波结构并嵌设于所述玻璃本体中时，使得到的吸波玻璃具有
优异的电磁屏蔽性能。
17.另外，由于嵌设于玻璃本体中的吸波结构为网格状，可以保证吸波玻璃的透光性等光学性能。因此，本发明提供的吸波玻璃兼具优异的光学性能以及吸波性能，应用于电子设备时，能够有效改善电子设备的电磁屏蔽性能，提升电子设备的电磁抗扰度。
附图说明
18.图1为本发明一实施方式的吸波玻璃的结构示意图；
19.图2为网格状吸波结构的示意图；
20.图3为实施例1制得的石墨烯群的高倍扫描电镜图；
21.图4为实施例1制得的复合磁性材料的高倍扫描电镜图；
22.图5为电子设备使用实施例1的吸波玻璃的电磁兼容辐射骚扰图；
23.图6为电子设备使用对比例1的玻璃的电磁兼容辐射骚扰图。
24.图中：10、玻璃本体；20、网格状吸波结构。
具体实施方式
25.为了便于理解本发明，下面将对本发明进行更详细的描述。但是，应当理解，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式或实施例。相反地，提供这些实施方式或实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。
26.除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式或实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”的可选范围包括两个或两个以上相关所列项目中任一个，也包括相关所列项目的任意的和所有的组合，所述任意的和所有的组合包括任意的两个相关所列项目、任意的更多个相关所列项目、或者全部相关所列项目的组合。
27.如图1所示，为本发明提供的一实施方式的吸波玻璃，包括玻璃本体10以及嵌设于所述玻璃本体10中的网格状吸波结构20，所述网格状吸波结构20的制备原料包括复合磁性材料和凝固剂。
28.所述复合磁性材料包括由多孔石墨烯椭球体和硫化锌纳米材料复合构成的复合材料以及包覆于所述复合材料表面的有机绝缘材料，可选的，有机绝缘材料可以部分包覆于复合材料表面，也可以完成包覆复合材料，优选有机绝缘材料完全包覆复合材料，其中，有机绝缘材料优选为嵌段聚合物，如环氧乙烷和环氧丙烷嵌段共聚醚，采用有机绝缘材料进行包覆，不仅能够使得复合磁性材料具有电绝缘的性能，还能够使复合材料的结合更加稳定。
29.所述复合材料中，多个所述多孔石墨烯椭球体有序排列构成石墨烯群，所述硫化锌纳米材料融合于所述石墨烯群中。具体的，所述硫化锌纳米材料融合于所述石墨烯群的方式包括：至少部分多孔石墨烯椭球体的表面附着有硫化锌纳米材料，且石墨烯群的至少部分间隙填充有硫化锌纳米材料；进一步的，当硫化锌纳米材料的粒径小于多孔石墨烯椭球体的孔径时，所述硫化锌纳米材料融合于所述石墨烯群的方式还包括至少部分多孔石墨烯椭球体的孔道内包含有硫化锌纳米材料，当然，具体的融合方式并不会对吸波性能产生
实质性影响。
30.不同的结构类型和不同的材料具有不同的电磁波转化能力不同。本发明中，在材料方面，采用石墨烯和硫化锌进行配合，在结构方面，石墨烯粒子通过酚醛树脂等粘结剂粘结构成多孔石墨烯椭球体，且多孔石墨烯椭球体有序排列构成石墨烯群，而硫化锌纳米材料以多种方式融合于石墨烯群中，从而，能够使电磁波更快、更高效的转化为热能，且石墨烯具有优异的导热性能，能实现热能的快速传递，进而，使得复合磁性材料在较宽频段均具有优异的吸波性能。具体的，复合磁性材料的吸波带宽覆盖20mhz-1.2ghz，插入损耗达到25db左右。
31.从而，再将复合磁性材料制成网格状吸波结构20并嵌设于所述玻璃本体10中时，使得到的吸波玻璃具有优异的电磁屏蔽性能。
32.另外，由于嵌设于玻璃本体10中的吸波结构为网格状，可以保证吸波玻璃的透光性等光学性能。因此，本发明提供的吸波玻璃兼具优异的光学性能以及吸波性能，应用于电子设备时，能够有效改善电子设备的电磁屏蔽性能，提升电子设备的电磁抗扰度。
33.需要说明的是，本发明对玻璃本体的制备原料并不作任何限制，任何现有玻璃均可以作为玻璃本体使用。
34.为了进一步优化吸波玻璃的吸波性能和光学性能，可以进一步优化复合磁性材料以及网格状吸波结构20。
35.例如，复合磁性材料中，多个所述多孔石墨烯椭球体有序排列构成石墨烯群时，所述多孔石墨烯椭球体呈三维阵列排布；和/或，所述多孔石墨烯椭球体的赤道半径为100nm-120nm，极半径为200nm-250nm；和/或，多孔石墨烯椭球体的孔径为14nm-25nm，所述硫化锌纳米材料的粒径与所述多孔石墨烯椭球体的孔径的比值为1:8-1:12。
36.例如，所述网格状吸波结构20中网格线的线宽为0.095mm-0.105mm，和/或，所述网格状吸波结构20中单个网格的面积为3.9mm
2-4.1mm2。
37.需要说明的是，网格状吸波结构的网格可以是规则的，也可以是不规则的，只要单个网格的面积在3.9mm
2-4.1mm2即可，优选的，单个网格可以为正方形、菱形、等边六边形等，进一步优选为如图2所示的正方形。
38.为了进一步优化吸波玻璃的吸波性能，还可以进一步优化复合磁性材料中多孔石墨烯椭球体和硫化锌纳米材料的质量比，在一实施例中，复合磁性材料中所述硫化锌纳米材料与所述石墨烯群的质量比为1:3-1:5；和/或，可以优化网格状吸波结构中复合磁性材料的质量分数，在一实施例中，所述复合磁性材料在所述吸波结构中的质量分数为5％-15％。
39.网格状吸波结构20中，凝固剂的材料选择不会影响其吸波效果，本发明对凝固剂的选择不作限制，优选的，凝固剂选自丙二醇、乙二胺四乙酸二钠、柠檬酸亚锡二钠、葡萄糖酸-δ-内酯及不溶性聚乙烯吡咯烷酮等。
40.本发明的吸波玻璃的制备方法不限，可以采用任意方法进行制备，只要结构和材料等方面满足本发明上述条件即可达到所需要的效果。如：可以先分别制备玻璃本体10和网格状吸波结构20，然后将网格状吸波结构20采用两块玻璃本体10进行夹合，使得网格状吸波结构20嵌设于玻璃本体10中；或者，先制备具有网状镂空结构的玻璃本体10，然后在玻璃本体10的网状镂空结构中原位制备网格状吸波结构20。
41.在一实施例中，吸波玻璃的制备方法包括以下步骤：
42.s10、提供玻璃液；
43.s20、将玻璃液倒入带有可拆分网状金属丝的模具中，退火后去除网状金属丝，得到带有网状镂空结构的玻璃本体10；
44.s30、将复合磁性材料与凝固剂混合，得到浆料，将浆料置于所述玻璃本体10的网状镂空结构中，固化后得到吸波玻璃。
45.步骤s10中，本发明对于玻璃液不作限制，任意配比的玻璃液均可。
46.步骤s20中，模具中可拆分网状金属丝用于形成网状镂空结构，网状镂空结构用于容纳浆料，从而形成网格状吸波结构20。可以理解的，退火后可以直接以抽离等方式拆除网状金属丝，得到带有网状镂空结构的玻璃本体10，其中网状金属丝的线宽与网状镂空结构的线宽相等，也与网格状吸波结构20的线宽相等。
47.步骤s30中，为了使复合磁性材料与凝固剂更好的混合，可以先将复合磁性材料与水混合，再与凝固剂进行混合。
48.本发明对浆料置于所述玻璃本体10的网状镂空结构中方式不作限制，可以采用设备将浆料注入玻璃本体10的网状镂空结构中，也可以将玻璃本体10浸泡于浆料中，使浆料充满网状镂空结构。
49.需要说明的是，将玻璃本体10浸泡于浆料中时，可以先在玻璃本体10的正反面形成保护膜，然后将玻璃本体10浸泡于浆料中，待浆料充满网状镂空结构后，从浆料中取出玻璃本体10，使浆料固化，最后去除保护膜，得到吸波玻璃。因为，在玻璃本体10的正反面形成保护膜能够避免浆料形成于玻璃本体10的正反面，进而避免固化后的产物影响吸波玻璃的表面光滑平整度以及透光性，可以理解的，保护膜可以任意选择，本发明不作任何限制。
50.进一步的，为了使制得的吸波玻璃的边缘更加光滑，在去除保护膜的同时，还同时去除超出吸波玻璃边缘的吸波结构。
51.进一步的，本发明对复合磁性材料的制备方法也不作限制，可以采用任意制备方法获得，只要结构和材料等方面满足本发明上述条件即可达到所需要的效果。
52.在一实施例中，所述复合磁性材料的制备方法包括以下步骤：采用胶体晶体模板法制备得到石墨烯群，然后将所述石墨烯群与硫化锌纳米材料混合，再加入有机绝缘材料，加热至粘稠状后冷却得到复合磁性材料。
53.其中，采用胶体晶体模板法制备得到石墨烯群的具体步骤包括：将石墨烯与水配制成第一配制物，然后将第一配制物与粘结剂混合成第二配制物，再将第二配制物加入胶体晶体模板中并在惰性气氛下进行加热，然后在还原性气氛下进行冷却，得到石墨烯群。
54.其中，石墨烯与水的质量比为1:2-1:4，石墨烯与粘结剂的质量比为10:1-10:3，粘结剂优选自树脂类粘结剂，如酚醛树脂等，石墨烯与胶体晶体的质量比6:1-12:1，胶体晶体模板选自聚甲基乙烯酸乙酯胶体晶体模板，加热温度优选为180℃-220℃，时间优选为20h-28h，惰性气氛选自氮气、氩气等，还原性气氛选自一氧化碳、氢气等。
55.为了进一步提高石墨烯的稳定性，还可以在第一配制物中加入带有还原性质的催化剂，如sncl2、fecl2等，石墨烯与还原性催化剂的质量比为1:1-2:1，然后在惰性气体中进行加热和在还原性气氛下冷却后得到更加稳定的第一配制物，其中加热温度优选为220℃-280℃，时间优选为4h-8h。
56.本发明还提供一种所述的吸波玻璃在电子设备中的应用，由于本发明提供的吸波玻璃兼具优异的光学性能以及吸波性能，因此，将该吸波玻璃应用于电子设备时，能够有效改善电子设备的电磁屏蔽性能，提升电子设备的电磁抗扰度。
57.以下，将通过以下具体实施例对吸波玻璃及其在电子设备中的应用做进一步的说明。
58.实施例1
59.将石墨烯粉末以1:3的质量比加入到水中进行混合，然后加入sncl2，sncl2与石墨烯粉末的质量比为1:1，并将混合物置于氩气的氛围中，在250℃条件下进行加热6h，然后在co的环境中进行冷却，得到第一配制物。将第一配制物以及酚醛树脂混合，得到第二配制物，其中，石墨烯粉末与酚醛树脂的质量比为10:2。
60.将第二配制物加入到聚甲基乙烯酸乙酯胶体晶体中，石墨烯与聚甲基乙烯酸乙酯胶体晶体的质量比为8:1，然后置于氩气的氛围中，在200℃的温度下加热24h，然后在一氧化碳的环境下进行冷却，得到如图3所示的石墨烯群，该石墨烯群由多孔石墨烯椭球体呈三维阵列排布而成，其中，多孔石墨烯椭球体的赤道半径为100nm，极半径为210nm，孔径为18nm。
61.将石墨烯群与粒径为1.8nm硫化锌纳米材料按照4:1的质量比加入到水中，搅拌混合，然后加入环氧乙烷和环氧丙烷嵌段共聚醚，并置于氩气的氛围中，在150℃加热至粘稠状，然后冷却，得到如图4所示的复合磁性材料。
62.将复合磁性材料分散于水中，然后再加入柠檬酸亚锡二钠，得到浆料，其中，复合磁性材料与柠檬酸亚锡二钠的质量比为1:9。
63.以质量分数计，将45％的石英砂、9％的硼砂、12％的硼酸、5％的重晶石、8％的碳酸钡、2％的石灰石、7％的长石、12％的纯碱研磨后混合均匀，搅拌成配合料，再将配合料送入玻璃熔窑，在1000℃下熔化成玻璃液。
64.提供模具，模具中间带有可拆分网状铜丝，铜丝的直径为0.1mm，网状铜丝的单个网格为正方形，边长为2mm，将上述玻璃液倒入模具中，退火后抽离网状铜丝，得到带有网状镂空结构的玻璃本体。
65.在玻璃本体的正反面形成保护膜，然后将玻璃本体浸泡于浆料中，待浆料充满网状镂空结构后，从浆料中取出玻璃本体，常温下使浆料固化，最后去除保护膜超出吸波玻璃边缘的吸波结构，得到吸波玻璃。
66.实施例2
67.实施例2参照实施例1进行，不同之处在于，石墨烯群和硫化锌纳米材料的质量比为5:1。
68.实施例3
69.实施例3参照实施例1进行，不同之处在于，石墨烯群和硫化锌纳米材料的质量比为3:1。
70.实施例4
71.实施例4参照实施例1进行，不同之处在于，第二配制物加入到聚甲基乙烯酸乙酯胶体晶体后在180℃的温度下加热24h，孔碳棒的赤道半径为100nm，极半径为200nm，孔道的孔径为14nm；另外，硫化锌纳米材料的粒径为1.7nm。
72.实施例5
73.实施例5参照实施例1进行，不同之处在于，第二配制物加入到聚甲基乙烯酸乙酯胶体晶体后在220℃的温度下加热22h，孔碳棒的赤道半径为110nm，极半径为210nm，孔道的孔径为17nm；另外，硫化锌纳米材料的粒径为1.7nm。
74.实施例6
75.实施例6参照实施例1进行，不同之处在于，第二配制物加入到聚甲基乙烯酸乙酯胶体晶体后在220℃的温度下加热24h，孔碳棒的赤道半径为120nm，极半径为220nm，孔道的孔径为22nm；另外，硫化锌纳米材料的粒径为2nm。
76.实施例7
77.实施例7参照实施例1进行，不同之处在于，复合磁性材料与柠檬酸亚锡二钠的质量比为1:19。
78.实施例8
79.实施例8参照实施例1进行，不同之处在于，复合磁性材料与柠檬酸亚锡二钠的质量比为3:17。
80.实施例9
81.实施例9参照实施例1进行，不同之处在于，可拆分网状铜丝的单个网格为长方形，宽为1mm，长为4mm。
82.对比例1
83.对比例1为采用实施例1的玻璃液制成的普通玻璃。
84.对比例2
85.对比例2参照实施例1进行，不同之处在于，第二配制物加入到聚甲基乙烯酸乙酯胶体晶体后在150℃的温度下加热24h，得到球状石墨烯三维排列的石墨烯群。
86.对比例3
87.对比例3参照实施例1进行，不同之处在于，第二配制物加入到聚甲基乙烯酸乙酯胶体晶体后在190℃的温度下加热18h，得到棒状石墨烯三维排列的石墨烯群。
88.对比例4
89.对比例4参照实施例1进行，不同之处在于，采用碳纳米管代替石墨烯，得到多孔碳纳米管椭球体三维排列成的碳纳米管群。
90.测试实施例1-9和对比例1-4获得的吸波玻璃的光学性能和吸波性能，测试方法如下所示，测试结果如表1所示。
91.光学性能：参考《gb/t5433》，测试吸波玻璃的透光率；
92.吸波性能：参考《gb/t32596》，测试吸收带宽以及插入损耗。
93.表1
[0094][0095][0096]
应用实验
[0097]
将实施例1的吸波玻璃和对比例1的普通玻璃应用于安防相机镜头中，并进行电磁兼容辐射骚扰测试，结果如图5和如图6所示，从图5和图6可知，采用对比例1的普通玻璃还是存在少量的电磁波泄漏，会产生对外的电磁波骚扰，而采用实施例1的吸波玻璃可以更好的防止电磁波向外辐射，尤其是对于200mhz以下的电磁辐射骚扰具有更加高效的屏蔽效果。
[0098]
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
[0099]
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

技术特征：
1.一种吸波玻璃，其特征在于，包括玻璃本体以及嵌设于所述玻璃本体中的网格状吸波结构，所述网格状吸波结构的制备原料包括复合磁性材料和凝固剂；其中，所述复合磁性材料包括由多孔石墨烯椭球体和硫化锌纳米材料复合构成的复合材料以及包覆于所述复合材料表面的有机绝缘材料，其中，所述复合材料中，多个所述多孔石墨烯椭球体有序排列构成石墨烯群，所述硫化锌纳米材料融合于所述石墨烯群中。2.根据权利要求1所述的吸波玻璃，其特征在于，所述网格状吸波结构中网格线的线宽为0.095mm-0.105mm。3.根据权利要求1所述的吸波玻璃，其特征在于，所述网格状吸波结构中单个网格的面积为3.9mm
2-4.1mm2。4.根据权利要求3所述的吸波玻璃，其特征在于，所述网格状吸波结构的单个网格为正方形。5.根据权利要求1所述的吸波玻璃，其特征在于，所述复合磁性材料在所述网格状吸波结构中的质量分数为5％-15％。6.根据权利要求1-5任一项所述的吸波玻璃，其特征在于，所述石墨烯群中，所述多孔石墨烯椭球体呈三维阵列排布。7.根据权利要求1-5任一项所述的吸波玻璃，其特征在于，所述多孔石墨烯椭球体的赤道半径为100nm-120nm，极半径为200nm-250nm。8.根据权利要求1-5任一项所述的吸波玻璃，其特征在于，所述多孔石墨烯椭球体的孔径为14nm-25nm，所述硫化锌纳米材料的粒径与所述多孔石墨烯椭球体的孔径的比值为1:8-1:12。9.根据权利要求1-5任一项所述的吸波玻璃，其特征在于，所述复合磁性材料中，所述硫化锌纳米材料与所述石墨烯群的质量比为1:3-1:5。10.一种如权利要求1-9任一项所述的吸波玻璃在电子设备中的应用。

技术总结
本发明涉及一种吸波玻璃及其在电子设备中的应用，所述吸波玻璃包括玻璃本体以及嵌设于所述玻璃本体中的网格状吸波结构，所述网格状吸波结构的制备原料包括复合磁性材料和凝固剂；其中，所述复合磁性材料包括由多孔石墨烯椭球体和硫化锌纳米材料复合构成的复合材料以及包覆于所述复合材料表面的有机绝缘材料，其中，所述复合材料中，多个所述多孔石墨烯椭球体有序排列构成石墨烯群，所述硫化锌纳米材料融合于所述石墨烯群中。本发明的吸波玻璃兼具优异的光学性能以及吸波性能，应用于电子设备时，能够有效改善电子设备的电磁屏蔽性能，提升电子设备的电磁抗扰度。提升电子设备的电磁抗扰度。提升电子设备的电磁抗扰度。


技术研发人员：舒金表 邓志吉 王雷 陈阿龙 孔阳
受保护的技术使用者：浙江大华技术股份有限公司
技术研发日：2023.04.14
技术公布日：2023/8/24