聚合物基石墨烯復合材料的制備和電磁屏蔽性能研究.pdf

1、隨著電磁屏蔽材料在實際應用中，輕質高效等要求標準的不斷提升。相對于金屬基電磁屏蔽材料而言，聚合物基石墨烯復合材料在電磁屏蔽領域有許多優(yōu)點，例如密度小、耐腐蝕性好、易于加工成型、柔韌性好以及可控可調的電磁屏蔽性能等。由于石墨烯具有高電導率和特殊的二維層狀納米結構，相互搭接易形成連續(xù)的導電網絡結構，在基礎研究和應用研究領域，石墨烯及其改性衍生物，是性能優(yōu)異的電磁屏蔽功能化填料。
　　針對金屬基電磁屏蔽材料密度大和難以加工成型等缺點，本

2、文以不同層數的石墨烯和摻雜改性石墨烯為電磁屏蔽功能化填料，以輕質的聚合物材料為基體，制備并探究了聚合物基石墨烯復合材料在超高頻(1-12 GHz)電磁屏蔽方面的應用。不同層數的石墨烯在聚合物基體中形成連續(xù)的導電網絡結構是聚合物基復合材料具備電磁屏蔽性能的重要條件。通過不同的合成方法有效調控不同層數石墨烯功能化填料在聚合物基體中的均勻分散以及形成連續(xù)的導電網絡結構，以達到預定的電磁屏蔽性能。通過對所得復合材料的導電性能、形貌結構和電磁屏蔽

3、性能及熱性能進行分析，探索聚合物基復合材料的結構特征和電磁屏蔽性能之間的聯系及其規(guī)律，探究不同層數石墨烯對聚合物基復合材料電磁屏蔽性能的影響，以及該類復合材料的簡便有效的制備方法。本文的研究內容具體如下:
　　(1)采用原位化學還原方法，以水性聚氨酯(WPU)為聚合物基體，以二乙烯三胺(DETA)為還原劑和氮摻雜劑，在水相體系中對氧化石墨烯(GO)進行原位化學還原，成功制備了氮摻雜石墨烯/水性聚氨酯(NRGO/WPU)復合材料。研

4、究結果表明:DETA對GO實現了同步的化學還原和氮摻雜功能化;NRGO在WPU基體中分布均勻，并形成了連續(xù)的網絡結構;隨著NRGO含量的增加，復合材料的導電性能和電磁屏蔽性能有明顯增強;當NRGO含量達到12 wt％時，復合材料的電導率達到0.08 S/cm，同時對應的電磁屏蔽性能達到28.3 dB。此外，NRGO/WPU復合材料具有良好的熱穩(wěn)定性能。
　　(2)采用水蒸汽誘導相分離(WVIPS)方法，以聚偏氟乙烯(PVDF)為聚

5、合物基體，以少層石墨烯(FGS)為電磁屏蔽功能化填料，成功制備了少層石墨烯/聚偏氟乙烯(FGS/PVDF)復合材料。研究結果表明:利用WVIPS方法實現了FGS在PVDF基體中的均勻分布以及形成連續(xù)的網絡結構;隨著FGS含量的增加，復合材料的導電性能和電磁屏蔽性能有明顯增強。當FGS含量達到15 wt％時，復合材料的電導率達到1.68 S/cm，同時對應的電磁屏蔽性能(10 GHz)達到45.6 dB。FGS/PVDF復合材料具有良好的

6、熱穩(wěn)定性能。此外，WVIPS技術是一種簡便、新穎、有效的制備FGS/PVDF復合材料的方法，也可用于FGS與其他聚合物基體復合材料的制備。
　　(3)采用原位本體聚合方法，以有機硅橡膠(PDMS)為柔性聚合物基體，以工業(yè)級多層石墨烯(MGS)為電磁屏蔽功能化填料，成功制備了多層石墨烯/有機硅橡膠(MGS/PDMS)柔性復合材料。研究結果表明:MGS/PDMS復合材料具有良好的柔韌性;MGS在PDMS基體中具有良好的均勻分散性，并且