一种具有电磁屏蔽性能的聚合物/石墨烯发泡材料及制备方法和应用技术

技术编号:15202284 阅读:171 留言:0更新日期:2017-04-22 09:48
本发明专利技术公开了一种具有电磁屏蔽性能的聚合物/石墨烯发泡材料及其制备方法和应用。该方法主要利用溶液共混和相分离法制备出热塑性聚合物/石墨烯微发泡薄膜,用胶水将其与透波材料粘结成具有三明治结构的一体化材料。所述聚合物/石墨烯发泡材料在电磁屏蔽领域中具有良好的应用前景。

Polymer / graphene foaming material with electromagnetic shielding property, preparation method and application thereof

The invention discloses a polymer / graphene foaming material with electromagnetic shielding property, a preparation method and application thereof. In this method, a thermoplastic polymer / graphene micro foaming film was prepared by the method of solution co phase separation, and it was bonded with the wave absorbing material to form an integrated material with sandwich structure. The polymer / graphene foam material has good application prospects in the field of electromagnetic shielding.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于聚合物基电磁屏蔽材料领域,特别涉及一种具有电磁屏蔽性能的聚合物/石墨烯发泡材料及制备方法和应用。
技术介绍
电磁波干扰是指有害的电磁波使电子器件的正常功能受到干扰或引起障碍的现象,简称EMI(electromagneticinterference),泛指无线电波、磁波、光波、太阳黑子和其它一些来自空间的自然干扰。随着现代电子工业的快速发展,各种无线通信系统和高频电子器件数量的急剧增加,导致了电磁干扰现象的增多和电磁污染问题的日渐突出。一方面,电磁辐射会对周围的电子仪器设备造成严重干扰,使它们的工作程序发生紊乱,产生错误动作;并且,电磁波辐射会造成信息泄露,使计算机等仪器的信息安全受到严重的影响。现在发现电磁辐射不仅对电子器件有干扰,对人体也会产生危害。癌症、白血病等疾病发病率的提高与电磁辐射的增加有一定的关系。目前,国际组织及各国政府、科研界等对如何预防电磁波干扰给予了高度重视,并制定了严格的法规来限制电磁波辐射容量。因此,探索高效电磁屏蔽材料,防止电磁辐射污染以保护环境和人体健康,已成为迫切需要解决的问题。防治电磁辐射最常用有效的方法是利用电磁屏蔽材料对于有害的电磁波加以屏蔽。因此开发高性能电磁屏蔽材料具有重要意义。材料电磁屏蔽效能的定义是入射电磁波的强度与透射电磁波强度比值的对数,单位为dB。电磁屏蔽效能数值越高意味着越少的电磁波可以穿透屏蔽材料。例如,商业应用要求的最低电磁屏蔽效能为20dB,意味着仅有1%的电磁波可以穿透屏蔽材料。传统的金属基屏蔽材料存在易腐蚀、密度高、难加工等缺点,聚氨酯/碳材料复合电磁屏蔽材料具有耐腐蚀、低密度、易加工、柔性好等特点,常用作屏蔽体内部的密封材料。在该类材料内部引入发泡结构可以进一步降低其密度和加工成本。同时,泡孔结构还可以诱导电磁波在材料内部进行多重反射和散射,增加其对电磁波的吸收,这使该类材料的应用范围拓展到微波暗室等领域。然而,目前大多数的聚合物泡沫材料主要通过添加高含量的导电填料(10-76wt.%)来达到工业化标准(屏蔽效能不低于20dB),如文献:J.Mater.Chem.,2012,22,18772-18774;ACSAppl.Mater.Interfaces,2013,5,2677-2684;Adv.Funct.Mater.2016,26,303-310。结果,过高的导电填料大幅提高了聚合物溶液或熔体的粘度,给后续的加工和发泡过程带来极大的困难。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供具有电磁屏蔽性能的聚合物/石墨烯发泡材料及其制备方法和应用,利用该方法可以实现聚合物基复合发泡材料的大规模制备,具有良好的市场应用前景。一种具有电磁屏蔽性能的聚合物/石墨烯发泡材料的制备方法,包括:(1)将石墨烯分散于有机溶剂中,加入聚合物搅拌溶解后得混合溶液,将混合溶液倒入刮刀进行涂膜并进行相分离,干燥,得到聚合物/石墨烯微发泡薄膜;(2)将步骤(1)中得到的聚合物/石墨烯微发泡薄膜与透波材料进行层叠,用胶水粘结后形成具有三明治结构的聚合物/石墨烯发泡材料。本专利技术通过相分离法制备出石墨烯含量为4~16wt.%的聚合物/石墨烯微发泡薄膜,将这些薄膜进一步与透波材料进行复合制备出具有三明治结构的一体化材料可以大幅提高其电磁屏蔽性能。步骤(1)中,所述石墨烯为采用各种方法制备的石墨烯材料,包括通过球磨法、微机械或超临界流体剥离方法得到的石墨烯材料、化学氧化还原法以及化学气相沉积方法生长得到的石墨烯材料中的一种或几种。步骤(1)中,所述相分离包括:将混合溶液倒入刮刀进行涂膜并暴露于温度为10~100℃和相对湿度为20~99%的环境下进行;所述相分离的时间为0.1~24h。所述聚合物为聚氨酯、聚醚酰亚胺、聚酰亚胺、聚甲基丙烯酸甲酯和聚苯乙烯中的至少一种。所述有机溶剂为N,N'-二甲基甲酰胺(DMF)、N,N'-二甲基乙酰胺(DMAc)、四氢呋喃(THF)和二甲基亚砜中(DMSO)的一种或两种。所述混合溶液中,所述石墨烯、聚合物和有机溶剂的质量比为1~4:21~24:100~250。所述聚合物/石墨烯微发泡薄膜的泡孔尺寸为1~10μm,厚度为0.1~3.0mm,密度为0.2~0.5g/cm3。所述聚合物/石墨烯微发泡薄膜中,按质量百分比计,石墨烯所占的比例为4~16wt.%。由于本申请复合材料发泡过程主要通过相分离来完成,相分离的过程是聚合物的溶剂与其非溶剂相互交换的过程,而高填量的石墨烯的加入会影响但不会阻止溶剂与非溶剂的交换过程。因此,当石墨烯含量高达16wt.%时,聚合物复合材料仍然可以发泡,从而制备出高石墨烯含量的聚合物/石墨烯微发泡薄膜。所述具有三明治结构的聚合物/石墨烯发泡材料的外层由1~100层石墨烯含量相同或不同的聚合物/石墨烯微发泡薄膜层叠而成,中间夹层由透波材料层叠而成。所述具有三明治结构的聚合物/石墨烯发泡材料的外层厚度为0.1~300mm;中间夹层厚度为1~100mm。中间夹层的厚度会影响入射电磁波在外层屏蔽体之间的相干叠加,进而影响复合材料屏蔽性能的增加量。作为优选,中间夹层厚度为1~15mm。所述透波材料为商品化的聚苯乙烯泡沫、聚氨酯泡沫、聚丙烯泡沫、聚酰亚胺泡沫、三聚氰胺泡沫和海绵中的至少一种层叠而成,因透波材料的层数对所制备的聚合物/石墨烯发泡材料的最终屏蔽性能影响可以忽略,所以对透波材料的层数无特殊规定。所述胶水为PU胶、环氧胶和UV-胶中的一种或几种。本专利技术还提供了一种具有电磁屏蔽性能的聚合物/石墨烯发泡材料,所述聚合物/石墨烯发泡材料由上述的方法制备得到。本专利技术还提供了一种具有电磁屏蔽性能的聚合物/石墨烯发泡材料的应用,具体为所述聚合物/石墨烯发泡材料在电磁屏蔽领域中的应用。与现有技术相比,本专利技术具有如下特点:(1)实现了石墨烯在聚合物复合发泡材料中的高含量填充和可控性制备;(2)将三明治结构与泡沫结构相结合,在不需要添加更多屏蔽剂的情况下大幅提高了屏蔽材料对电磁波的屏蔽效能,该方法成本低廉、操作简单,易于工业化大规模生产,具有良好的市场应用前景。附图说明图1是本专利技术实施例1所制备的石墨烯含量为8wt.%的聚合物/石墨烯发泡材料的横断面扫描电镜图;图2是本专利技术实施例1所制备的具有三明治结构的聚合物/石墨烯发泡材料和对比例1所制备的复合材料在Ku波段(12-18GHz)的屏蔽效能对比图;图3是本专利技术实施例2所制备的具有三明治结构的聚合物/石墨烯发泡材料和对比例2所制备的复合材料在Ku波段的屏蔽效能对比图;图4是本专利技术实施例3所制备的具有三明治结构的聚合物/石墨烯发泡材料和对比例3所制备的复合材料在Ku波段的屏蔽效能对比图;图5是本专利技术实施例4所制备的具有三明治结构的聚合物/石墨烯发泡材料和对比例4所制备的复合材料在Ku波段的屏蔽效能对比图。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术进行具体描述。实施例1(1)将0.63g的石墨烯加入100mLDMF中,超声分散5分钟。而后,在其中加入15g的聚氨酯粒子,高速搅拌溶解后将混合溶液其倒入刮刀的刮槽中在洁净的玻璃板上进行涂膜。完成后,将其置温度为25℃,相对湿度为78%的恒温恒湿炉中5h。最后,将得到的材料置于真空烘箱中进行干燥处理本文档来自技高网
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一种具有电磁屏蔽性能的聚合物/石墨烯发泡材料及制备方法和应用

【技术保护点】
一种具有电磁屏蔽性能的聚合物/石墨烯发泡材料的制备方法,其特征在于,包括:(1)将石墨烯分散于有机溶剂中,加入聚合物搅拌溶解后得混合溶液,将混合溶液倒入刮刀进行涂膜并进行相分离,干燥,得到聚合物/石墨烯微发泡薄膜;(2)将步骤(1)中得到的聚合物/石墨烯微发泡薄膜与透波材料进行层叠,用胶水粘结后形成具有三明治结构的聚合物/石墨烯发泡材料。

【技术特征摘要】
1.一种具有电磁屏蔽性能的聚合物/石墨烯发泡材料的制备方法,其特征在于,包括:(1)将石墨烯分散于有机溶剂中,加入聚合物搅拌溶解后得混合溶液,将混合溶液倒入刮刀进行涂膜并进行相分离,干燥,得到聚合物/石墨烯微发泡薄膜;(2)将步骤(1)中得到的聚合物/石墨烯微发泡薄膜与透波材料进行层叠,用胶水粘结后形成具有三明治结构的聚合物/石墨烯发泡材料。2.根据权利要求1所述的具有电磁屏蔽性能的聚合物/石墨烯发泡材料的制备方法,其特征在于,步骤(1)中,所述相分离包括:将混合溶液倒入刮刀进行涂膜并暴露于温度为10~100℃和相对湿度为20~99%的环境下进行;所述相分离的时间为0.1~24h。3.根据权利要求1所述的具有电磁屏蔽性能的聚合物/石墨烯发泡材料的制备方法,其特征在于,所述聚合物为聚氨酯、聚醚酰亚胺、聚酰亚胺、聚甲基丙烯酸甲酯和聚苯乙烯中的至少一种。4.根据权利要求1所述的具有电磁屏蔽性能的聚合物/石墨烯发泡材料的制备方法,其特征在于,所述混合溶液中,所述石墨烯、聚合物和有机溶剂的质量比为1~4:21~24:100~250。5.根据权利要求1所述的具有电磁屏蔽性能的聚合物/石墨烯发泡...

【专利技术属性】
技术研发人员:郑文革李洋沈斌翟文涛张利华
申请(专利权)人:中国科学院宁波材料技术与工程研究所
类型:发明
国别省市:浙江;33

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