輕質(zhì)石墨烯其復(fù)合材料的制備及其吸波和電磁屏蔽性能研究.pdf

1、隨著信息技術(shù)的發(fā)展和電子設(shè)備的普及，“電磁污染”逐漸引起了人們的關(guān)注，制備出性能優(yōu)異電磁屏蔽和吸波材料刻不容緩。目前，人們不再滿足于傳統(tǒng)的電磁屏蔽和吸波材料，而是對其提出了新的要求，期望材料在擁有好的電磁屏蔽及吸波性能的同時也具備質(zhì)量輕、厚度薄、環(huán)境耐受性好、力學性能優(yōu)異等優(yōu)點。
　　2004年單層石墨烯首次被剝離出來，此后引起了國內(nèi)的外研究人員對石墨烯研究的廣泛關(guān)注和并掀起了一陣研究熱潮。石墨烯材料導電和導熱性能優(yōu)異，楊氏模量高

2、，透光性能好，可廣泛應(yīng)用在電磁屏蔽、吸波、儲能、光電等多個領(lǐng)域。單層石墨烯的比表面積可達2600m2g-1，加之碳材料的密度小，石墨烯材料在保證性能優(yōu)異的同時，能達到質(zhì)量輕、密度小效果。石墨烯材料在應(yīng)用的過程中如果大量堆疊團聚，就失去了石墨烯本身比表面積大的優(yōu)勢，同時影響石墨烯的各項性能。因此，人們通過將石墨烯自組裝成三維結(jié)構(gòu)，降低片層間的團聚，提高材料的性能。常見的三維石墨烯材料有石墨烯泡沫、石墨烯海綿、石墨烯氣凝膠等，他們能在保證材

3、料的性能優(yōu)異的同時，使材料更輕，填充量更低，是制備輕質(zhì)吸波材料的理想選擇。二維的石墨烯薄膜同樣具備十分輕薄的特點，相比于其他石墨烯材料，它能更好地突出石墨烯單片層的優(yōu)勢。同時石墨烯薄膜導電高、密度小、柔性好，可具備彎曲、折疊的性能，是制備柔性輕質(zhì)電磁屏蔽材料的理想選擇。
　　為了滿足人們對于電磁屏蔽和吸波材料的新要求，開發(fā)輕質(zhì)、環(huán)境耐受性好、力學性能優(yōu)異的電磁屏蔽和吸波材料已成為研究焦點。本論文利用石墨烯導電高、環(huán)境耐受性好、輕質(zhì)

4、柔韌等特點，制備輕質(zhì)石墨烯基電磁屏蔽和吸波材料，具體研究內(nèi)容如下:
　　1、用改良的Hummers法制備氧化石墨烯(GO)，將SiC納米纖維與GO復(fù)合，利用抗壞血酸的還原性，將負載上SiC納米纖維的氧化石墨烯還原自組裝成三維石墨烯/SiC水凝膠，再通過冷凍干燥制備三維石墨烯/SiC氣凝膠。這種材料多孔、超輕，有效的保留了石墨烯的高比表面積，并充分發(fā)揮了單層石墨烯的優(yōu)勢，能有效地提高材料對電磁波的多重反射，增加材料的界面極化，是制備

5、超輕吸波材料的理想材料。
　　2、用不同溫度熱處理三維石墨烯/SiC氣凝膠，通過熱處理溫度的變化調(diào)節(jié)材料的電導率，從而改變材料的介電常數(shù)，使材料能形成良好的阻抗匹配，提高材料的吸波性能。材料厚度為1.15mm時在15.6GHz處的反射損耗RL(reflection loss)最小值可達-38.5dB。材料厚度為0.45mm時在16.8GHz處的反射損耗RL(reflection loss)最小值可達-31.3dB，表現(xiàn)出材料在較低

6、厚度下能達到良好的吸波性能，同時具備優(yōu)異的環(huán)境適應(yīng)性，具有一定的實用性。
　　3、用硫酸水解微晶纖維素的方法來制備了纖維素納米晶體(CNC)。將CNC與GO復(fù)合抽濾成膜，利用HI的還原性將GO還原，制備石墨烯/CNC薄膜。通過加入CNC，薄膜的力學性能優(yōu)異，使石墨烯/CNC薄膜成為力學性能優(yōu)異、質(zhì)輕、厚度薄、電磁屏蔽性能良好的柔性薄膜。該薄膜在厚度為6μm時電磁屏蔽性能可以達到～13dB，比電磁屏蔽性能可達到2167dB·mm-1