一種石墨烯復合材料作為電磁屏蔽材料的應用
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及新材料及其應用技術領域，具體涉及一種石墨烯復合材料作為電磁屏蔽材料的應用。
【背景技術】
[0002]現代電子器件的快速發(fā)展給人們的生活帶來了極大的便利，同時也產生了嚴重的電磁輻射問題，給高精度電子設備以及人們的身心健康造成了嚴重的影響。電磁輻射污染已被公認為是繼大氣污染、水污染、噪音污染后的地球第四大污染。
[0003]防治電磁輻射最常用有效的方法是利用電磁屏蔽材料對于有害的電磁波加以屏蔽。因此開發(fā)高性能電磁屏蔽材料具有重要意義。材料電磁屏蔽效能的定義是入射電磁波的強度與透射電磁波強度比值的對數，單位為dB。電磁屏蔽效能數值越高意味著越少的電磁波可以穿透屏蔽材料。例如，商業(yè)應用要求的最低電磁屏蔽效能為20dB，意味著僅有1%的電磁波可以穿透屏蔽材料。
[0004]聚合物導電復合材料在電磁屏蔽上的應用引起了大量關注，這是因為其與常用的金屬材料相比，具有輕質、抗腐蝕、柔性、易加工和低成本等優(yōu)勢。然而，在這些復合材料中，導電添加劑雜亂無章地分布在聚合物基體中，而且被聚合物分子所分隔，因此很難獲得理想的電磁屏蔽性能。例如，復合材料中添加7wt%的多壁碳納米管、15?丨％的單壁碳納米管或15wt%的化學氧化剝離石墨稀才能獲得約20dB的電磁屏蔽效能，這是一種電磁屏蔽材料能獲得商業(yè)應用的最低性能要求。添加更多的導電材料有可能進一步提高復合材料的屏蔽效能，但過高的添加量會降低復合材料的力學性能和加工性能，同時增加材料的重量和成本。
[0005]除了具有高的電磁屏蔽性能以外，輕質和柔性是電磁屏蔽材料另外兩個重要的技術要求，尤其是在飛機、航天器、手機和快速發(fā)展的柔性電子器件等領域(如便攜電子設備和可穿戴電子器件等)中的應用。
[0006]石墨烯自被發(fā)現以來就以超高的導電能力、高強度、目前已知最輕薄的材料等性能受到廣泛關注。利用石墨烯制備出自然連通的導電網絡結構，有可能是獲得輕質高效電磁屏蔽材料的有效途徑。

【發(fā)明內容】

[0007]為了解決現有電磁屏蔽材料應用中遇到的上述問題，本發(fā)明提供一種石墨烯復合材料作為電磁屏蔽材料的應用，該石墨烯復合材料可有效屏蔽電子設備中電磁輻射干擾，提尚設備的的穩(wěn)定性和使用壽命。
[0008]本發(fā)明的技術方案是:
[0009]—種石墨烯復合材料作為電磁屏蔽材料的應用，將石墨烯復合材料作為電磁屏蔽材料應用于各種電子設備；所述石墨烯復合材料由石墨烯材料和泡沫海綿組成，石墨烯均勻包覆于泡沫海綿骨架表面，石墨烯微片間緊密連接，形成三維連通的導電網絡骨架結構；所述石墨烯材料在復合材料中所占的重量百分比為15?85%。
[0010]所述石墨烯為采用各種方法制備的石墨烯材料，包括通過剝離方法得到的石墨烯材料、氧化石墨烯、還原后氧化石墨烯以及化學氣相沉積方法生長得到的石墨烯材料中的一種或幾種。
[0011]所述泡沫海綿為多種具有良好彈性和熱穩(wěn)定性的海綿材料，包括聚氨酯海綿、橡膠海綿、三聚氰胺海綿等。
[0012]所述的石墨稀復合材料具有優(yōu)異的電磁屏蔽性能，厚度1.5mm的該復合材料的電磁屏蔽效率可達40dB以上，密度僅0.05g/cm3，單位密度電磁屏蔽效能可達800dB.cm3/g，且具有良好的柔性和彈性，能夠任意彎曲和承受達80%的壓縮變形。
[0013]上述石墨烯復合材料的制備方法為:首先將泡沫海綿浸入表面活性劑溶液中處理5?30分鐘，使其表面更易于石墨烯溶液的浸潤，取出烘干；然后通過浸漬、滴加、噴涂或抽濾等方式將均勻分散的石墨烯材料的溶液填充到經過表面活性劑溶液處理后的泡沫海綿的孔隙中；最后在30?150°C條件下干燥固化0.5?5小時，獲得石墨稀復合材料。同時為獲得更好的柔性和彈性及表面絕緣性能，可將獲得的石墨烯復合材料骨架表面再復合一層有機高分子聚合物。
[0014]所述表面活性劑溶液是指十二烷基硫酸鈉或十二烷基苯磺酸鈉的水溶液，溶液濃度為5?30mg/mL，也可以利用乙醇等易于表面浸潤的有機溶劑對于泡沫海綿的表面進行預處理，達到與表面活性劑類似的效果。所述均勻分散的石墨烯材料的溶液是指添加了羧甲基纖維素鈉等表面活性劑作為分散劑的石墨烯材料的水溶液，其中羧甲基纖維素鈉的重量百分比為I?5% ;或不添加表面活性劑利用氧化石墨烯溶液自身的良好分散性將其他類型的石墨烯分散在氧化石墨烯中。石墨烯材料在溶液中的重量百分比為0.1?2%。
[0015]在將石墨烯材料的溶液添加到泡沫海綿孔隙的過程中，為了使石墨烯材料溶液充分進入到泡沫的孔隙中，可采取對泡沫海綿進行擠壓或抽真空的方式排除其孔隙中的空氣。
[0016]在石墨稀復合材料骨架表面再復合一層有機高分子聚合物時，選擇有機高分子材料聚一■甲基娃氧燒、乙稀基娃油、甲基雙苯基室溫硫化娃橡Jj父、娃苯(聯苯)撐娃氧燒聚合物和正硅酸乙酯等中的一種或幾種作為原料。復合有機高分子聚合物時，先將所述有機高分子材料按照1: (I?50)的體積比例稀釋于甲苯或乙酸乙酯中得到高分子聚合物稀釋液，將稀釋液通過噴涂、旋涂或提拉浸漬的方式填充到的石墨烯復合材料中，然后在60?120°C條件下，讓高分子聚合物稀釋液中的聚合物單體在石墨烯泡沫的孔隙中發(fā)生原位聚合反應，反應時間2?12小時。
[0017]上述石墨烯復合材料可以作為電磁屏蔽材料應用于各種電子設備，材料可有效屏蔽電磁輻射干擾，提高設備的的穩(wěn)定性和使用壽命。
[0018]本發(fā)明具有如下優(yōu)點:
[0019]1、本發(fā)明利用石墨稀材料的尚導電特性和聚氣酯等材質的海綿材料的優(yōu)良的彈性和柔性制備石墨烯復合材料，該石墨烯復合材料，制備工藝流程簡單，所需原料廉價易得，容易通過工藝放大實現工業(yè)化量產，成本較相關應用領域的傳統(tǒng)產品有顯著優(yōu)勢。
[0020]2、本發(fā)明所述石墨烯復合材料具有輕質、彈性、柔性和高效電磁屏蔽等特點，密度小于0.05g/cm3，其單位密度電磁屏蔽效能達800dB.cm3/g，比常用金屬材料和傳統(tǒng)炭材料/聚合物復合材料高出一個數量級。例如，銅片的單位密度電磁屏蔽效能僅為1dB *cm3/g,添加7wt%碳納米管的泡沫復合材料的單位密度電磁屏蔽效能為33.1dB.cm3/go所述石墨烯復合材料如此高的單位密度電磁屏蔽效能，使其在對重量很敏感的領域如航空航天、移動電話和便攜電子產品等中的應用具有更大的優(yōu)勢。
【附圖說明】
[0021]圖1為石墨烯復合電磁屏蔽材料的光學照片。
[0022]圖2為石墨烯復合電磁屏蔽材料的掃描電鏡照片；圖中(b)為(a)的局部放大，可看出圖中石墨烯微片緊密連接。
[0023]圖3為實施例1的電磁屏蔽性能曲線。
[0024]圖4為實施例2的電磁屏蔽性能曲線。
[0025]圖5為實施例3的電磁屏蔽性能曲線。
[0026]圖6為實施例4的電磁屏蔽性能曲線。
[0027]圖7為實施例5的電磁屏蔽性能曲線。
[0028]圖8為實施例6的電磁屏蔽性能曲線。
[0029]圖9為實施例7的電磁屏蔽性能曲線。
[0030]圖10為實施例8的電磁屏蔽性能曲線。
[0031]圖11為實施例9的電磁屏蔽性能曲線。
[0032]圖12為實施例10的電磁屏蔽性能曲線。
【具體實施方式】
[0033]下面結合附圖及實施例詳述本發(fā)明。
[0034]實施例1:
[0035]先將孔隙率為110PPI，厚度為1.9mm，密度為30mg/cm3的聚氨酯海綿浸入濃度為10mg/mL十二烷基硫酸鈉水溶液中，浸泡10分鐘。
[0036]將浸泡過的泡沫海綿樣品取出放入烘箱中100°C進行干燥固化，時間設定30分鐘。
[0037]將干燥后的泡沫海綿浸入以重量百分比為I %的羧甲基纖維素鈉為分散劑的均勻分散的插層石墨烯含量為0.8%的水溶液中，利用鐵輥對泡沫海綿進行擠壓，排除泡沫海綿中的空氣，浸泡10分鐘后取出放入烘箱中120°C干燥固化，時間設定30分鐘。
[0038]將干燥后的材料再次浸入以重量百分比為I %的羧甲基纖維素鈉為分散劑的均勻分散的插層石墨烯含量為0.8%的水溶液中，利用鐵輥對泡沫海綿進行擠壓，排除泡沫海綿中的空氣，浸泡10分鐘后取出放入烘箱中120°C干燥固化，時間設定30分鐘。
[0039]將干燥后的材料重新浸入以重量百分比為I %的羧甲基纖維素鈉為分散劑的均勻分散的插層石