石墨烯基电磁隐身与屏蔽一体化材料及制备方法技术

本发明专利技术涉及石墨烯基电磁隐身与屏蔽一体化材料及制备方法，属于电磁隐身屏蔽材料领域。本发明专利技术的一体化材料是由上层为聚合物基玻璃纤维复合面板、中间层为聚合物基石墨烯/无纺布复合材料、底层为聚合物基碳纤维复合面板构成的三层叠层结构。本发明专利技术一体化材料的制备方法为：先将无纺布放置浸泡在苯二酚与氧化石墨烯混合溶液中，制成石墨烯/无妨布复合材料；然后将碳纤维织布和玻璃纤维织布分别缝合在石墨烯/无妨布复合材料的上层和下层，形成三层叠层结构，最后将三层叠层结构环氧树脂与固化剂中加热固化，得到目标产物。本发明专利技术的一体化材料轻量化、高强度，同时具有较好的电磁波吸收和屏蔽性能。

Graphene based electromagnetic stealth and shielding integrated materials and preparation method

The invention relates to a graphene-based electromagnetic stealth and shielding integrated material and a preparation method thereof, belonging to the field of electromagnetic stealth and shielding materials. The integrated material of the invention is a three layer laminated structure composed of a polymer based glass fiber composite panel on the upper layer, a middle layer as a polymer cornerstone / non-woven fabric composite material and a polymer based carbon fiber composite panel at the bottom. The preparation method of the integrated material is as follows: first, the non-woven fabric is placed in the mixed solution of diphenol and graphene oxide to prepare graphene / unhurt composite material, and then the carbon fiber woven fabric and glass fiber fabric are stitched in the upper and lower layers of the graphene / unhurt composite material to form a three layer layer structure. Finally, three layers of epoxy resin and curing agent were heated and cured to obtain the target product. The integrated material of the invention is lightweight and high strength, and has good electromagnetic wave absorption and shielding performance.

【技术实现步骤摘要】
石墨烯基电磁隐身与屏蔽一体化材料及制备方法
本专利技术涉及石墨烯基电磁隐身与屏蔽一体化材料及制备方法，属于电磁隐身屏蔽材料领域。
技术介绍
电气、电子、通讯及相关信息产业的迅猛发展，给人们的生活、工作带来巨大方便，同时，电磁波辐射污染成为继废水污染、废气污染、固体废弃物污染、噪声污染之后一种新的环境污染，不仅对计算机、通信设备和其它电子系统的正常工作造成严重干扰，对信息安全也造成严重威胁，而且对人体健康带来不可估量的损害。伴随人类健康质量提高以及高新技术的飞速发展，对电磁波吸收衰减材料在吸收频率范围、吸收强度、结构稳定、密度、柔韧性等性能提出了更高的要求。新型电磁波吸收衰减材料的研发成为广泛关注的焦点。在GHz频段，电磁波吸收衰减材料的特性可以分为吸波材料(减小电磁波反射的材料)及电磁屏蔽材料(减少电磁波透过的材料)。目前国内外发展的吸波材料为复合介电/磁性材料，包括以聚合物和陶瓷为基体，以磁性微粒、超细金属粉末、微纳碳结构为吸收剂的隐身材料。主要用于航天航空、陆地建筑、电磁兼容、电磁衰减系统等装备上，防止电磁波的泄露及污染。此外，国内外的研究焦点集中在发展复合导电材料，包括以导电玻璃粉、微纳金属粉、磁性颗粒、导电碳、导电聚合物为屏蔽功能填料的导电复合材料。这类材料主要用于电子产品、网络通信、医疗器械、电路系统等设备上，防止电磁干扰与辐射。轻质高强度多功能复合材料由于其密度小、加工性优异、独特的力学特性等优点，近年来在航天航空、可携带电子产品、柔性电子器件等领域备受关注。虽然单功能电磁屏蔽以及吸波材料的研究取得了重要进展，然而，由于吸波材料与电磁屏蔽材料对电磁波衰减及调控机理上具有很大差别，将吸波与屏蔽这两种功能进行合理有效地集成，发展兼具电磁屏蔽与吸波双功能的轻质高强度材料成为本
迫切需求。在石墨烯基电磁波吸收材料方面：2011年，上海交通大学张勇小组通过在聚氧化乙烯溶液中原位对氧化石墨烯(GO)进行还原，获得了分散均匀的RGO/聚氧化乙烯复合材料，当复合材料中RGO填充量为5wt％时，在2-18GHz波段最高吸收强度约为-40dB[X.Bai,Y.H.Zhai,Y.Zhang,Greenapproachtopreparegraphene-basedcompositeswithhighmicrowaveabsorptioncapacity.J.Phys.Chem.C2011,115(23),11673-11677]。印度的Singh等人，也通过类似的方法将RGO于橡胶进行复核，获得了RGO/橡胶复合材料，当复合材料中RGO填充量为10wt％时，在4-12GHz波段最高吸收强度接近-60dB[V.K.Singh,A.Shukla,M.K.Patra,L.Saini,R.K.Jani,S.R.Vadera,N.Kumar,Microwaveabsorbingpropertiesofathermallyreducedgrapheneoxide/nitrilebutadienerubbercomposite.Carbon2012,50(6),2202-2208]。在此基础上，研究者们在石墨烯表面植入不同类型的异质结构，希望优化石墨烯基复合材料的电磁参数，改善材料与空气的阻抗匹配性能(材料与空气的特性阻抗相等或者相近时描述为阻抗匹配性能较好)。哈尔滨工程大学陈玉金小组在石墨烯片上面生长聚苯胺纳米棒阵列，当石墨烯/聚苯胺吸收剂在填充量为20wt％时，在2-18GHz波段最高吸收强度约为-30dB[H.L.Yu,T.S.Wang,B.Wen,M.M.Lu,Z.Xu,C.L.Zhu,Y.J.Chen,X.Y.Xue,C.W.Sun,M.S.Cao,Graphene/polyanilinenanorodarrays:Synthesisandexcellentelectromagneticabsorptionproperties.J.Mater.Chem.,2012,22(40),21679-21685]。此外，Chen等人通过在RGO表面上沉积Ni颗粒，制备了RGO/Ni吸收剂，在复合材料中填充量为60wt％时，在2-18GHz波段最高吸收接近-17dB[T.T.Chen,F.Deng,J.Zhu,C.F.Chen,G.B.Sun,S.L.Ma,X.J.Yang,HexagonalandcubicNinanocrystalsgrownongraphene:phase-controlledsynthesis,characterizationandtheirenhancedmicrowaveabsorptionproperties.J.Mater.Chem.2012,22(13),15190-15197]。在石墨烯基电磁屏蔽材料方面：在聚合物基复合材料方面，研究学者将具有高导电性的石墨烯分散到聚合物基体中，拟降低聚合物基复合材料的趋肤深度，提升复合材料的电磁屏蔽性能。四川大学李忠明研究小组，通过原位热还原的方法有效降低了超高分子量聚乙烯基复合材料中RGO的含量，当填充量仅为0.66vol％时，复合材料(厚度为2.5mm)的屏蔽效率约为28.3-32.4dB[D.X.Yan,H.Pang,L.Xu,Y.Bao,P.G.Ren,J.LeiandZ.M.Li,Electromagneticinterferenceshieldingofsegregatedpolymercompositewithanultralowloadingofinsituthermallyreducedgrapheneoxide.Nanotechnology2014,25(14),145705]，该小组通过类似的方法控制聚苯乙烯在RGO之间的分布，获得了分散均匀的RGO/聚苯乙烯复合材料，当RGO填充为3.47vol％厚度为2.5mm时，该复合材料的屏蔽效率可达45.1dB[D.X.Yan,H.Pang,B.Li,R.Vajtai,L.Xu,P.G.Ren,J.H.Wang,Z.M.Li,Structuredreducedgrapheneoxide/polymercompositesforultra-efficientelectromagneticinterferenceshielding.Adv.Funct.Mater.2015,25(4),559-566]。随着航空航天技术及便捷式电子器件的发展，将石墨烯制作到泡沫基体中获得泡沫电磁屏蔽材料，成为开发轻质电磁屏蔽的重要方向。2011年，Zhang等人制备了RGO/聚甲基丙烯酸甲酯泡沫复合材料，该材料密度小于0.8g/cm3，当其厚度为2.5mm时，屏蔽效率为13-19dB，接近商业使用水平[H.B.Zhang,Q.Yan,W.G.Zheng,Z.X.He,Z.Z.Yu,Toughgraphene-polymermicrocellularfoamsforelectromagneticinterferenceshielding.ACSAppl.Mater.Interfaces2011,3(3),918-924]。Yan等人制备了功能化RGO/聚苯乙烯泡沫复合材料，其密度为0.45g/cm本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.石墨烯基电磁隐身与屏蔽一体化材料，其特征是：该材料为上中下三层叠层结构，上层为聚合物基玻璃纤维复合面板、中间层为聚合物基石墨烯/无纺布复合材料、底层为聚合物基碳纤维复合面板，其中每层结构采用的聚合物均为固化环氧树脂，用于每层结构的固化成型，以及各层之间的粘接；所述中间层中无纺布与石墨烯的质量比为20:4；上述三层叠层结构总厚度范围在1～20mm；其中上层、中间层和底层的厚度比例为1:10:(2～6)。

【技术特征摘要】
1.石墨烯基电磁隐身与屏蔽一体化材料，其特征是：该材料为上中下三层叠层结构，上层为聚合物基玻璃纤维复合面板、中间层为聚合物基石墨烯/无纺布复合材料、底层为聚合物基碳纤维复合面板，其中每层结构采用的聚合物均为固化环氧树脂，用于每层结构的固化成型，以及各层之间的粘接；所述中间层中无纺布与石墨烯的质量比为20:4；上述三层叠层结构总厚度范围在1～20mm；其中上层、中间层和底层的厚度比例为1:10:(2～6)。2.石墨烯基电磁隐身与屏蔽一体化材料的制备方法，具体制备步骤如下：步骤1：利用去离子水与氧化石墨烯混合，配置成浓度为3～11mg/ml的氧化石墨烯水溶液，再向氧化石墨烯水溶液中加入对苯二酚后搅拌均匀，将无纺布放入混合溶液内浸泡2小时；其中，对苯二酚与氧化石墨烯的质量比为1～15；步骤2：将步骤1浸泡后的无纺布放置在60-150℃的密封环境下，保温2～50小时；步骤3：将步骤2保温后的...

【专利技术属性】
技术研发人员：王希晰，孙超明，蒋思宇，温富宝，曹茂盛，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：北京,11