纳米材料抗电磁辐射纺织品的屏蔽效能模拟与制备

摘要

目前，随着电磁技术的不断发展和广泛应用，其给人类带来巨大的方便的同时也严重的污染了人类的生活环境，对人体的身体健康构成了极大的威胁。因此研究电磁屏蔽织物成为目前功能性纺织品研究的一个重要领域，而随着对电磁屏蔽织物的屏蔽效能和屏蔽织物综合性能的要求的不断提高，对屏蔽涂层的设计工艺的要求也变得更加复杂。 本文通过采用时域有限元分析法对电磁屏蔽织物的屏蔽涂层的实际应用进行分析，对平面电磁波和涂层介质的电磁参数进行定量，找出影响屏蔽涂层屏蔽效能的各个影响参数，建立了屏蔽效能计算的理论数学模型，并在这个数学计算模型的基础上建立一个计算机辅助计算系统。计算机辅助计算模型是通过软件MATLAB的图形界面设计功能实现的，建立了一个人机交互模型，内嵌入数学计算模型，通过输入涂层各组分的电磁参数和相关的参数条件即可得出屏蔽涂层的理论屏蔽效能。 采用液相化学还原法制备纳米金属粒子，将制备的纳米粒子与有机粘合剂混合形成纳米抗电磁辐射屏蔽涂层整理剂，将整理剂均匀的涂敷到织物的表面形成电磁屏蔽织物。通过对制备的电磁屏蔽织物屏蔽效能的测试与计算机辅助计算模型的理论计算结果的分析，找到一个最优化的设计方案，利用液相化学还原法制备纳米银粒子，讨论了反应条件对所制备纳米材料粒度和银粉的得率的影响，通过原子力探针扫描显微镜观测粒子的大小，达到了纳米级别。得到了优化的反应条件，制备出了纳米金属银粉。 将纳米银粒子与有机粘和剂水性聚氨脂混合后，超声分散半个小时以上，形成抗电磁波整理剂，采用涂层法将抗电磁波整理剂整理到织物上，形成抗电磁辐射的织物。通过一系列对比实验确定纳米金属粒子与有机粘合剂的最佳比例为2：3，这个比例下屏蔽涂层的电阻值最低。 将通过屏蔽效能测试的结果与计算机辅助计算模型计算的结果进行对比分析，找出两者之间的相同点和差异，证明了计算机辅助设计模型具有一定的可靠性和预测性，为后续的实验提供指导性的作用。

目录

文摘

英文文摘

声明

1绪论

1.1电磁波的频段分类和危害

1.1.1电磁波的分类

1.1.2对人体机能产生危害的频段

1.1.3对人体危害的电磁辐射的主要来源

1.2电磁波辐射对人体的生理危害机理

1.2.1热效应

1.2.2非热效应

1.2.3累积效应

1.3功能性抗电磁波纳米材料纺织品的发展

1.3.1时代背景和发展历史

1.3.2电磁屏蔽织物的类型介绍

1.3.3未来电磁屏蔽织物的发展方向和应用前景

1.4纳米金属材料的电磁特性

1.4.1表面效应

1.4.2小尺寸效应

1.4.3量子尺寸效应

1.5本课题研究的目的及主要内容

2数学理论模型的建立

2.1时域有限元分析法(FDTD)简介

2.2电磁波在屏蔽涂层临近界面的空间传播

2.2.1 FDTD的三维传播分析

2.2.2 FDTD的二维传播分析及电磁场的对偶关系

2.3屏蔽涂层介质的电磁屏蔽效能及电磁参数分析

2.3.1屏蔽效能的数学理论模型

2.3.2涂层介质的阻抗

2.3.3涂层材料的参数的分析计算

2.4小结

3电磁屏蔽织物屏蔽效能的计算机辅助设计

3.1 MATLAB的计算机辅助设计理论

3.1.1 Matlab的介绍

3.1.2计算机辅助设计的功能

3.1.3计算机辅助设计的流程

3.2 Matlab建立电磁屏蔽涂层计算机仿真模型的设计思想和框架

3.2.1屏蔽织物涂层的辅助设计的框架

3.2.2图形用户界面(GUI)的设计

3.3 MATIAB建立计算机模型的图形界面的原理

3.3.1屏蔽涂层性能的计算机模型界面的设计

3.3.2图形界面以及控件的属性的设置

3.3.3辅助计算模型的功能说明

3.3.4屏蔽效能分析

3.4小结

4纳米金属材料的制备

4.1液相化学还原法的概念

4.1.1液相化学还原法的特点

4.1.2分散保护剂的作用

4.2纳米金属银粉的制备

4.2.1实验试剂

4.2.2实验设备

4.2.3实验的化学原理和流程

4.3纳米银粉的粒度的影响因素的分析

4.3.1纳米银粉的表征测试

4.3.2影响纳米银粉制备的工艺分析

4.4小结

5电磁屏蔽织物的制备

5.1纺织品涂层整理技术的发展和要求

5.2电磁屏蔽织物的特点和要求

5.3实验部分

5.3.1实验试剂

5.3.2实验设备

5.3.3涂层工艺流程

5.4屏蔽织物的性能测试与分析

5.4.1实验数据的测量

5.4.2综合性能测试与分析

5.5小结

6结论

6.1本课题的成果

6.2本课题的创新点

6.3课题的不足之处

参考文献

附录

攻读硕士学位期间发表论文目录

致谢