專利名稱：電磁屏蔽線纜的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種線纜，尤其涉及具有電磁屏蔽功能的線纜。
背景技術(shù)：
電磁屏蔽(Electro Magnetic Interference, EMI)線纜是電子產(chǎn)業(yè)里較為 常用的信號傳輸線材。傳統(tǒng)的線纜內(nèi)部設(shè)置有兩個導體，內(nèi)導體用以傳輸電 信號，外導體用以屏蔽傳輸?shù)碾娦盘柌⑶覍⑵浞忾]在內(nèi)部，從而使線纜具有 高頻損耗低、屏蔽及抗干擾能力強、使用頻帶寬等特性。 一般情況下，電磁 屏蔽線纜從內(nèi)至外的結(jié)構(gòu)依次為形成內(nèi)導體的纜芯、包覆在纜芯外表面的絕 緣介質(zhì)層、形成外導體的屏蔽層和外護套。其中，纜芯用來傳輸電信號，材 料以銅或銅鋅合金為主。屏蔽層通常由多股金屬線編織或用金屬薄膜巻覆在 絕緣介質(zhì)層外形成，用以屏蔽電磁干擾或無用外部信號干擾。
隨著科技的發(fā)展，微米級尺寸的電磁屏蔽線纜更廣泛應用在IT產(chǎn)品、 醫(yī)學儀器、空間設(shè)備中。但是，在微米級尺寸的電磁屏蔽線纜的制造中，因 線纜尺寸較小，采用金屬層和金屬線紡織層作為屏蔽層不利于線纜的制造。
綜上所述，確有必要提供一種電磁屏蔽線纜，該線纜內(nèi)部設(shè)置的屏蔽層 具有良好的電磁屏蔽性能且易于制造。

發(fā)明內(nèi)容
下面將以實施例說明 一種電磁屏蔽線纜，其具有良好的電磁屏蔽效果并 且易于制造。
一種電磁屏蔽線纜，包括至少一個纜芯、包覆在纜芯外的至少一個絕緣 介質(zhì)層、至少一個電磁屏蔽層和外護套，其中，電磁屏蔽層為碳納米管薄膜 結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明采用碳納米管薄膜結(jié)構(gòu)作為電磁屏蔽層，因碳納米管具有良好的 導電性能從而使電磁屏蔽層具有較強的屏蔽效果，同時，碳納米管薄膜具有 較小尺寸從而使電磁屏蔽線纜更易于制造。


圖1是本發(fā)明第一實施例的電磁屏蔽線纜的截面結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2是本發(fā)明第二實施例的電磁屏蔽線纜的截面結(jié)構(gòu)示意圖。 圖3是本發(fā)明第三實施例的電磁屏蔽線纜的截面結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式
以下將結(jié)合附圖詳細說明本發(fā)明實施例電^茲屏蔽線纜的結(jié)構(gòu)及其制造 方法。
本發(fā)明電磁屏蔽線纜包括至少 一纜芯、包覆在纜芯外的至少 一絕緣介質(zhì) 層、至少一電磁屏蔽層和外護套。
請參考圖1,本發(fā)明第一實施例的電磁屏蔽線纜10為電磁屏蔽同軸線 纜，包括一個纜芯110、包覆在纜芯110外的絕緣介質(zhì)層120、包覆在絕緣 介質(zhì)層120外的屏蔽層130和包覆在屏蔽層130外的外護套140。其中，纜
芯IIO、絕緣介質(zhì)層120、屏蔽層130和外護套140同軸設(shè)置。
纜芯IIO可以由一個單獨的導電芯構(gòu)成，也可以由多個導電絲相互纏繞 形成，附圖中僅顯示一單獨的導電芯。導電芯或?qū)щ娊z均由導電材料制成， 可以選用導電金屬材料、導電金屬合金材料、碳納米管線或含碳納米管的復 合導電材料。其中，導電金屬材料優(yōu)選銅或鋁。導電金屬合金材料優(yōu)選銅鋅 合金或銅銀合金，其中，銅鋅合金中銅的質(zhì)量百分比約為70%，鋅的質(zhì)量百 分比約為30%;銅銀合金中銅的質(zhì)量百分比約為10°/。 40%,銀的質(zhì)量百分 比約為60%~90%。碳納米管線為多個碳納米管間通過范德華力首尾相連從 而形成預定長度的碳納米管束。碳納米管復合導電材料由碳納米管和含導電 金屬的材料組成。優(yōu)選地，碳納米管復合導電材料由碳納米管和含銅材料制 成，含銅材料優(yōu)選銅、銅鋅合金或銅銀合金。當碳納米管復合材料由銅和碳 納米管組成時，碳納米管在銅材料中的重量百分比約為0.01%~2%;當碳納 米管復合材料由銅鋅合金和碳納米管組成時，銅鋅合金中銅的重量百分比約 為70%,鋅的重量百分比約為30%,碳納米管在銅鋅合金中的重量百分比約 為0.01%~2%;當碳納米管復材料合由銅銀合金和碳納米管組成，合金中銅 的重量百分比約為10%~40%，銀的重量百分比約為60% 卯％,碳納米管在銅銀合金中的重量百分比約為0.01% 2%。
絕緣介質(zhì)層120用于電氣絕緣，可以選用聚四氟乙烯或納米粘土-高分 子復合材料。納米粘土-高分子復合材料中納米粘土是納米級層狀結(jié)構(gòu)的硅 酸鹽礦物，是由多種水合硅酸鹽和一定量的氧化鋁、堿金屬氧化物及堿土金 屬氧化物組成，具耐火阻燃等優(yōu)良特性，如納米高嶺土或納米蒙脫土。高分 子材i+可以選用硅樹脂、聚酰胺、聚烯烴如聚乙烯或聚丙烯等，但并不以此 為限。本實施例優(yōu)選納米蒙脫土 -聚乙烯復合材料，其具有良好的電氣絕緣、 耐火阻燃、低煙無卣等特性，不僅可以為纜芯提供有效的電氣絕緣，保護纜 芯，同時還能滿足環(huán)保的要求。
屏蔽層130為碳納米管薄膜結(jié)構(gòu)，可為有序薄膜結(jié)構(gòu)也可為無序薄膜結(jié)構(gòu)。
有序的碳納米管薄膜結(jié)構(gòu)可為單層的碳納米管薄膜或至少兩層重疊且 交叉設(shè)置的碳納米管薄膜，該碳納米管薄膜包括多個首尾相連且定向排列的 碳納米管束，該多層碳納米管薄膜結(jié)構(gòu)進一步包括由多個碳納米管束交叉形 成的微孔。結(jié)構(gòu)中的微孔結(jié)構(gòu)與碳納米管薄膜的層數(shù)有關(guān)，當層數(shù)越多時， 所形成的微孔結(jié)構(gòu)的孔徑越小。該有序的碳納米管薄膜的制備方法包括以下 步驟
步驟一，提供一碳納米管陣列，優(yōu)選地，該陣列為超順排碳納米管陣列。 本實施例中，超順排碳納米管陣列的制備方法采用化學氣相沉積法，其 具體步驟包括(a)提供一平整基底，該基底可選用P型或N型硅基底，或 選用形成有氧化層的硅基底，本實施例優(yōu)選為采用4英寸的硅基底；(b)在 基底表面均勻形成一催化劑層，該催化劑層材料可選用鐵(Fe)、鈷(Co)、 鎳(Ni)或其任意組合的合金之一；(c)將上述形成有催化劑層的基底在 700 卯0。C的空氣中退火約30分鐘 90分鐘；(d)將處理過的基底置于反應 爐中，在保護氣體環(huán)境下加熱到500 740°C，然后通入碳源氣體反應約5 30 分鐘，生長得到超順排碳納米管陣列，其高度為200~400微米。該超順排碳 納米管陣列為多個彼此平行且垂直于基底生長的碳納米管形成的純碳納米 管陣列。通過上述控制生長條件，該超順排碳納米管陣列中基本不含有雜質(zhì)， 如無定型碳或殘留的催化劑金屬顆粒等。該碳納米管陣列中的碳納米管彼此 通過范德華力緊密接觸形成陣列。本實施例中碳源氣可選用乙炔等化學性質(zhì)較活潑的碳氫化合物，保護氣 體可選用氮氣、氨氣或惰性氣體。
步驟二 ，采用 一拉伸工具從碳納米管陣列中拉取獲得一第 一碳納米管薄
膜。其具體包括以下步驟(a)從上述碳納米管陣列中選定一定寬度的多個 碳納米管片斷，本實施例優(yōu)選為采用具有一定寬度的膠帶接觸碳納米管陣列 以選定一定寬度的多個碳納米管片斷；(b)以一定速度沿基本垂直于碳納米 管陣列生長方向拉伸該多個碳納米管片斷，以形成一連續(xù)的第 一碳納米管薄 膜。
在上述拉伸過程中，該多個碳納米管片斷在拉力作用下沿拉伸方向逐漸 脫離基底的同時，由于范德華力作用，該選定的多個碳納米管片斷分別與其 他碳納米管片斷首尾相連地連續(xù)地被拉出，從而形成一碳納米管薄膜。該碳 納米管薄膜為定向排列的多個碳納米管束首尾相連形成的具有一定寬度的 碳納米管薄膜。該碳納米管薄膜中碳納米管的排列方向基本平行于碳納米管 薄膜的拉伸方向。
本實施例中，該第一碳納米管薄膜的寬度與碳納米管陣列所生長的基底 的尺寸有關(guān)，該第一碳納米管薄膜的長度不限，可根據(jù)實際需求制得。本實 施例中采用4英寸的基底生長超順排碳納米管陣列，該第一碳納米管薄膜的 寬度可為lcm 10cm,該第一^ 灰納米管薄膜的厚度為0.01 10(M敖米。
步驟三，提供一固定框架，將上述第一碳納米管薄膜沿第一方向粘附于 固定框架，并去除固定框架外的多余的碳納米管薄膜。
本實施例中，該固定框架為一方形的金屬框架，用于固定碳納米管薄膜， 其材質(zhì)不限。該固定框架的大小可依據(jù)實際需求確定，當固定框架的寬度大 于上述第一碳納米管薄膜的寬度時，可將多個上述第一碳納米管薄膜并排覆 蓋并粘附在固定框架上。
由于本實施例步驟 一 中提供的超順排碳納米管陣列中的碳納米管非常 純凈，且由于碳納米管本身的比表面積非常大，所以該第一碳納米管薄膜本 身具有較強的粘性。步驟三中該第 一碳納米管薄膜可利用其本身的粘性直接 粘附于固定框架，使該第一碳納米管薄膜的四周通過固定框架固定，該第一 碳納米管薄膜的中間部分懸空。
步驟四，按照與步驟二相同的方法獲得一第二> 友納米管薄膜，將該第二碳納米管薄膜沿第二方向粘附于上述固定框架，并覆蓋上述第一碳納米管薄 膜形成兩層的碳納米管薄膜結(jié)構(gòu)。
該第 一碳納米管薄膜和第二碳納米管薄膜之間由于范德華力緊密連接 形成穩(wěn)定的兩層碳納米管薄膜結(jié)構(gòu)。且，該第二方向與第一方向之間形成一
夾角a, 0?！碼^卯。，優(yōu)選地，相鄰的薄膜之間的夾角a為90。。
進一步地，本實施例可類似地將一具有與上述碳納米管薄膜相同結(jié)構(gòu)的
第三碳納米管薄膜或更多層的碳納米管薄膜依次覆蓋于上述第二碳納米管
薄膜，進而形成多層的碳納米管薄膜結(jié)構(gòu)。該碳納米管薄膜結(jié)構(gòu)的層數(shù)不限，
具體可依據(jù)實際需求制備。
可選擇地，進一步包括步驟五，使用有機溶劑處理上述多層碳納米管薄膜。
可通過試管將有機溶劑滴落在碳納米管薄膜表面浸潤整個碳納米管薄 膜，或者，也可將上述形成有碳納米管薄膜的固定框架整個浸入盛有有機溶 劑的容器中浸潤。該有機溶劑為揮發(fā)性有機溶劑，如乙醇、曱醇、丙酮、二 氯乙烷或氯仿，本實施例中采用乙醇。該多層碳納米管薄膜經(jīng)有機溶劑浸潤 處理后，在揮發(fā)性有機溶劑的表面張力的作用下，碳納米管薄膜中的平行的 碳納米管片斷會部分聚集成碳納米管束。
無序碳納米管薄膜結(jié)構(gòu)為碳納米管無序凝結(jié)結(jié)構(gòu)自組裝，其制備方法包 括以下步驟
步驟一，配制一定濃度的納米顆粒懸法液；
其中，納米顆粒懸濁液包括有機溶劑和分散在有機溶劑內(nèi)的納米顆粒。 有機溶劑為在純水中有一定的溶解度或與純水互溶、密度比純水小、與納米 顆粒浸潤的液體，例如，乙醇、丙酮、甲醇、異丙醇、乙酸乙酯等。納米顆 粒為與水不浸潤的納米材料，優(yōu)選為碳納米管或碳黑，碳納米管可以為單壁 碳納米管、雙壁碳納米管或多壁碳納米管。納米顆粒的長度優(yōu)選為幾微米至 幾十孩^:米。該納米顆粒懸濁液的配制過程為將一定量的納米顆粒;改入有初j 溶劑中；超聲分散至少5分鐘即得到納米顆粒均勻分散的納米顆粒懸濁液。
步驟二，將納米顆粒懸濁液滴入表面張力大、比納米顆粒比重大、且與 納米顆粒不浸潤的液體，在液體表面形成 一 層納米顆粒薄膜。
其中，比納米顆粒比重大且與納米顆粒不浸潤的液體優(yōu)選超純水或者鹽的超純水溶液。
在上述步驟中，通過改變納米顆粒懸濁液的濃度，可以控制形成的納米 薄膜的厚度。如，當納米顆粒懸濁液中納米顆粒的質(zhì)量百分比濃度為
0.1% 1%時，可以得到厚度為幾十納米的納米薄膜；當納米顆粒懸濁液中納 米顆粒的質(zhì)量百分比濃度為1%~10%時，可以得到厚度為幾百納米至幾微米 的納米薄膜?？梢岳斫?，上述制備得到的有序或無序碳納米管薄膜結(jié)構(gòu)可直 接覆蓋或纏繞在絕緣介質(zhì)層表面作為電磁屏蔽層，絕緣介質(zhì)層和碳納米管薄 膜結(jié)構(gòu)間通過范德化力粘結(jié)。
外護套140由絕緣材料制成，可以選用納米粘土 -高分子材料的復合材 料，其中納米粘土可以為納米高嶺土或納米蒙脫土，高分子材料可以為硅樹 脂、聚酰胺、聚烯烴如聚乙烯或聚丙烯等，但并不以此為限。本施例優(yōu)選納 米蒙脫土-聚乙烯復合材料，其具有良好的機械性能、耐火阻燃性能、低煙 無卣性能，不僅可以為線纜提供保護，有效抵御機械、物理或化學等外來損
傷，同時還能滿足環(huán)境保護的要求。
請參閱圖2,本發(fā)明第二實施例揭示的電磁屏蔽線纜20包括多個纜芯 210 (圖2中共顯示七個纜芯)、每一纜芯210外覆蓋一個絕緣介質(zhì)層220、 包覆在多個纜芯210外的一個屏蔽層230和一個包覆在屏蔽層230外表面的 外護套240。屏蔽層230和絕緣介質(zhì)層220的間隙內(nèi)可填充絕緣材料。其中， 每個纜芯210及絕緣介質(zhì)層220、屏蔽層230和外護套240的構(gòu)成、材料及 屏蔽層230內(nèi)碳納米管薄膜的制備方法與第一實施例中的纜芯110、絕緣介 質(zhì)層120、屏蔽層130和外護套140的構(gòu)成、材料及屏蔽層130內(nèi)的碳納米 管薄膜的制備方法基本相同。
請參閱圖3,本發(fā)明第三實施例揭示的電磁屏蔽線纜30包括多個纜芯 310 (圖中共顯示五個纜芯)、每一纜芯310外覆蓋一個絕緣介質(zhì)層320和一 個屏蔽層330、以及包覆在多個纜芯310外表面的外護套340。屏蔽層330 的作用在于對各個纜芯310進行單獨的屏蔽，這樣不僅可以防止外來因素對 纜芯310內(nèi)部傳輸?shù)碾娦盘栐斐筛蓴_而且可以防止各纜芯310內(nèi)傳輸?shù)牟煌?電信號間相互發(fā)生干擾。其中，每個纜芯310、絕緣介質(zhì)層320、屏蔽層330 和外護套340的構(gòu)成、材料及屏蔽層330的制備方法與第 一 實施例中的纜芯 110、絕緣介質(zhì)層120、屏蔽層130和外護套140的構(gòu)成、材料及屏蔽層130的制備方法基本相同。
另外，本領(lǐng)域技術(shù)人員還可在本發(fā)明精神內(nèi)作其它變化，當然這些依據(jù) 本發(fā)明精神所作的變化，都應包含在本發(fā)明所要求保護的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1. 一種電磁屏蔽線纜，包括至少一個纜芯、包覆在纜芯外的至少一個絕緣介質(zhì)層、至少一個電磁屏蔽層和外護套，其特征在于，電磁屏蔽層為碳納米管薄膜結(jié)構(gòu)。
2. 如權(quán)利要求1所述的電磁屏蔽線纜，其特征在于，所述的碳納米管薄膜結(jié)構(gòu) 為碳納米管有序薄膜結(jié)構(gòu)，包括至少兩層重疊且交叉設(shè)置的碳納米管薄膜，該 碳納米管薄膜包括多個首尾相連且定向排列的碳納米管束。
3. 如權(quán)利要求1所述的電磁屏蔽線纜，其特征在于，所述的碳納米管薄膜結(jié)構(gòu) 為無序的薄膜結(jié)構(gòu)。
4. 如權(quán)利要求1所述的電磁屏蔽線纜，其特征在于，所述的碳納米管薄膜結(jié)構(gòu) 為單層的碳納米管有序結(jié)構(gòu)。
5. 如權(quán)利要求2、 3或4所述的電磁屏蔽線纜，其特征在于，所述的電磁屏蔽線 纜為同軸線纜，包括由內(nèi)至外同軸依次設(shè)置的一個纜芯、包覆纜芯外表面的一 個絕緣介質(zhì)層、包覆絕緣介質(zhì)層外表面的一個屏蔽層和包覆屏蔽層外表面的一 個外護套。
6. 如權(quán)利要求2、 3或4所述的電磁屏蔽線纜，其特征在于，所述的電磁屏蔽線 纜包括多個纜芯、多個分別包覆在每一個纜芯外的絕緣介質(zhì)層、包覆絕緣介質(zhì) 層的一個屏蔽層和包覆在屏蔽層外表面的一個外護套。
7. 如權(quán)利要求2、 3il4所述的電磁屏蔽線纜，其特征在于，所述的電磁屏蔽線 纜包括多個纜芯、多個分別包覆在每一個纜芯外的絕緣介質(zhì)層、多個分別包覆 在每一個絕緣介質(zhì)層外的屏蔽層和包覆在屏蔽層外的一個外護套。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種電磁屏蔽線纜，包括至少一個纜芯、包覆在纜芯外的至少一個絕緣介質(zhì)層、至少一個電磁屏蔽層和外護套，其中，電磁屏蔽層為碳納米管薄膜結(jié)構(gòu)。
文檔編號H01B11/06GK101286384SQ20071007389
公開日2008年10月15日 申請日期2007年4月11日 優(yōu)先權(quán)日2007年4月11日
發(fā)明者亮 劉, 姜開利, 李錫福, 范守善, 陳清龍 申請人:清華大學;鴻富錦精密工業(yè)(深圳)有限公司