碳纳米管/石墨烯/聚合物电磁屏蔽材料、其制法及应用制造技术

本发明专利技术公开了一种碳纳米管/石墨烯/聚合物电磁屏蔽材料、其制法及应用。所述的制备方法包括：对包含石墨烯和氧化的碳纳米管的混合分散液进行过滤处理，之后干燥，获得具有三维结构的氧化碳纳米管/石墨烯复合物；在保护性气氛中，对所述氧化碳纳米管/石墨烯复合物进行高温煅烧处理，获得三维碳纳米管/石墨烯复合物；以及以高分子聚合物前驱体对所述三维碳纳米管/石墨烯复合物进行浸渍处理，之后固化，获得碳纳米管/石墨烯/聚合物电磁屏蔽材料。本发明专利技术所获碳纳米管/石墨烯/聚合物电磁屏蔽材料具有轻质、耐腐蚀、耐氧化、耐高温、柔韧等特性，且屏蔽效能以吸收屏蔽为主，在电磁屏蔽领域具有广阔的应用前景。

Carbon nanotubes/graphene/polymer electromagnetic shielding materials, their preparation and Application

The invention discloses a carbon nanotube/graphene/polymer electromagnetic shielding material, its preparation method and application. The preparation method includes: filtering and drying the mixed dispersing solution containing graphene and oxidized carbon nanotubes to obtain a three-dimensional carbon nanotubes/graphene composite; calcining the carbon nanotubes/graphene composite at high temperature in a protective atmosphere to obtain a three-dimensional carbon nanotubes/graphene composite; The three-dimensional carbon nanotubes/graphene composite was impregnated by the molecular polymer precursor and then cured to obtain carbon nanotubes/graphene/polymer electromagnetic shielding material. The carbon nanotubes/graphene/polymer electromagnetic shielding material obtained by the invention has the characteristics of light weight, corrosion resistance, oxidation resistance, high temperature resistance and flexibility, and the shielding efficiency is mainly absorbent shielding, which has broad application prospects in the field of electromagnetic shielding.

【技术实现步骤摘要】
碳纳米管/石墨烯/聚合物电磁屏蔽材料、其制法及应用
本专利技术涉及一种电磁屏蔽材料的制备方法，具体涉及碳纳米管和石墨烯的协同效应并与柔韧性的高分子聚合物结合的电磁屏蔽材料的制备方法及其应用，属电磁屏蔽材料生产技术和应用领域。
技术介绍
目前从工业的设备、移动电子设备(约2GHz)、军用雷达设备等仪器产生的“看不见、闻不到、摸不着”电磁辐射已经成为严重的污染，这不仅会对人类的健康带来损害，也会影响电子设备的正常功能和寿命等。此外还会引起的信息的泄露、军用设备目标的暴露等问题。因此，电磁屏蔽技术已经成为了需要急迫发展的技术。传统的电磁屏蔽材料主要是金属，其好的电子导电性赋予了其高的电磁屏蔽效能，但是具有密度大、易受腐蚀和氧化等缺点。此外，金属基材料的屏蔽机理主要是反射，这造成在某些设备中电磁波将在金属表面多次反射。因此寻求一种具有柔韧性的、屏蔽效能优异的电磁屏蔽材料的制备方法显得十分重要。
技术实现思路
本专利技术的主要目的在于提供一种柔韧性的碳纳米管/石墨烯/聚合物电磁屏蔽材料及其制备方法，从而克服了现有技术中的不足。本专利技术的另一目的在于提供前述方法制备的碳纳米管/石墨烯/聚合物电磁屏蔽材料的应用。为实现上述专利技术目的，本专利技术采用了如下技术方案：本专利技术实施例提供了一种碳纳米管/石墨烯/聚合物电磁屏蔽材料的制备方法，其包括：对包含石墨烯和氧化的碳纳米管的混合分散液进行过滤处理，获得具有三维结构的氧化碳纳米管/石墨烯复合物；在保护性气氛中，对所述氧化碳纳米管/石墨烯复合物进行高温煅烧处理，获得三维碳纳米管/石墨烯复合物；以及以高分子聚合物前驱体对所述三维碳纳米管/石墨烯复合物进行浸渍处理，之后固化，获得碳纳米管/石墨烯/聚合物电磁屏蔽材料。在一些实施例中，所述制备方法具体包括：在保护性气氛中，将所述氧化碳纳米管/石墨烯复合物置于管式炉中，并以5～20℃min-1的速率升温至800～1200℃，高温煅烧处理0.5～4h，获得所述的三维碳纳米管/石墨烯复合物。在一些实施例中，所述高分子聚合物前驱体包括聚二甲基硅氧烷、丁苯橡胶、硅橡胶和天然橡胶中的任意一种或两者以上的组合。本专利技术实施例还提供了由前述方法制备的碳纳米管/石墨烯/聚合物电磁屏蔽材料。进一步地，所述碳纳米管/石墨烯/聚合物电磁屏蔽材料的的导电率大于8Scm-1，密度小于1.0gcm-3，厚度为0.5～2.5mm。进一步地，所述碳纳米管/石墨烯/聚合物电磁屏蔽材料的厚度在1mm时，X波段和Ku波段的电磁屏蔽效能均在65dB以上，且经过10000次重复弯折后的电磁屏蔽效能仍在60dB以上。本专利技术实施例还提供了前述碳纳米管/石墨烯/聚合物电磁屏蔽材料于电磁屏蔽领域中的用途。较之现有技术，本专利技术的有益效果在于：本专利技术通过石墨烯和氧化的碳纳米管的有机组合，将氧化的碳纳米管填充和架桥于石墨烯，通过二者的协同效应获得三维的高导电性的氧化碳纳米管/石墨烯复合物，通过后续的煅烧进一步增强了三维的碳纳米管/石墨烯复合物的电子导电性，更进一步的通过真空辅助法将三维的碳纳米管/石墨烯复合物浸渍于具有柔韧性的高分子聚合物的前驱体中，获得了具有柔韧性的碳纳米管/石墨烯/聚合物电磁屏蔽材料。本专利技术所获电磁屏蔽材料具有轻质、耐腐蚀、耐氧化、耐高温、柔韧等特性，且屏蔽效能以吸收屏蔽为主，这种性能优异的材料将在电磁屏蔽领域具有广阔的应用前景。附图说明图1是本专利技术实施例1中由10mg氧化的多壁碳纳米管与0.19g石墨烯制得的三维的氧化的多壁碳纳米管/石墨烯复合物在1000℃的氩气气氛中高温煅烧2h后所得的三维的多壁碳纳米管/石墨烯复合物的扫描电子显微镜图片。图2是本专利技术实施例1中由上述制备的三维的多壁碳纳米管/石墨烯复合物与聚二甲基硅氧烷复合后获得的多壁碳纳米管/石墨烯/聚二甲基硅氧烷复合物截面的扫描电子显微镜图片。图3是本专利技术实施例1中上述制备的多壁碳纳米管/石墨烯/聚二甲基硅氧烷复合物在X频段(8.2～12.4GHz)的电磁屏蔽效能测试图。图4是本专利技术实施例1中上述制备的多壁碳纳米管/石墨烯/聚二甲基硅氧烷复合物在10000次重复弯曲与其在X-频段的电磁屏蔽效能的变化关系示意图。图5是图4中所述测试材料的弯曲图示。图6是本专利技术实施例1中上述制备的氧化的多壁碳纳米管/石墨烯/聚二甲基硅氧烷复合物在X频段(12.4～18.0GHz)的电磁屏蔽效能测试图。图7是本专利技术实施例1中上述制备的多壁碳纳米管/石墨烯/聚二甲基硅氧烷复合物在Ku频段(12.4～18.0GHz)的电磁屏蔽效能测试图。图8是本专利技术实施例2中由5mg氧化的多壁碳纳米管与0.195g石墨烯制得的三维的氧化的多壁碳纳米管/石墨烯复合物在1000℃的氩气气氛中高温煅烧2h后通过浸渍法与聚二甲基硅氧烷复合所得的多壁碳纳米管/石墨烯/聚二甲基硅氧烷复合物在X频段(8.2～12.4GHz)的电磁屏蔽效能测试图。图9是对照例2制备的石墨烯/聚二甲基硅氧烷复合物在X频段(12.4～18.0GHz)的电磁屏蔽效能测试图。图10是对照例3制备的氧化的碳纳米管/聚四氟乙烯/聚二甲基硅氧烷复合物在X频段(12.4～18.0GHz)的电磁屏蔽效能测试图。图11a和图11b是对照例4制备的多壁碳纳米管/石墨烯复合物的SEM图。图12是对照例4中多壁碳纳米管/石墨烯/聚二甲基硅氧烷复合物在X频段(12.4～18.0GHz)的电磁屏蔽效能测试图。具体实施方式如前所述，鉴于现有技术的缺陷，本案专利技术人经长期研究和大量实践，得以提出本专利技术的技术方案。如下将对该技术方案、其实施过程及原理等作进一步的解释说明。本案专利技术人的设计原理可能在于：石墨烯及其复合材料相对于金属屏蔽材料具有密度低、耐酸碱、耐高温、耐候性强、易加工组合等特性，且其电磁屏蔽以吸收为主。石墨烯和一维碳纳米管进行复合，通过其填充和导电搭桥可以获得更好的电磁屏蔽效能，另外柔韧的聚合物可以赋予这种材料高的柔韧性。具体的讲，本专利技术主要是通过碳纳米管和石墨烯的协同作用设计一种具有轻质、耐腐蚀、耐氧化、耐高温的三维的氧化碳纳米管/石墨烯复合碳材料用于电磁屏蔽，之后将过滤和随后的惰性气氛中热处理制得的具有多孔结构的三维的碳纳米管/石墨烯复合材料与具有柔韧性的高分子材料进一步复合，从而获得柔韧性的碳纳米管/石墨烯/聚合物电磁屏蔽材料。作为本专利技术技术方案的一个方面，其所涉及的系一种柔韧性的碳纳米管/石墨烯/聚合物电磁屏蔽材料的制备方法，其包括：对包含石墨烯和氧化的碳纳米管的混合分散液进行过滤处理，获得具有三维结构的氧化碳纳米管/石墨烯复合物；在保护性气氛中，对所述氧化碳纳米管/石墨烯复合物进行高温煅烧处理，获得三维碳纳米管/石墨烯复合物；以及以高分子聚合物前驱体对所述三维碳纳米管/石墨烯复合物进行浸渍处理，之后固化，获得碳纳米管/石墨烯/聚合物电磁屏蔽材料。在一些较为具体的实施方案中，所述制备方法包括：通过超声分散将石墨烯和氧化的碳纳米管均匀分散于水中，形成所述混合分散液。为更好的实现碳纳米管和石墨烯的协同作用，本专利技术获得了碳纳米管均一分布于石墨烯的复合材料，其中碳纳米管起到填充和架桥的作用。进一步地，所述氧化的碳纳米管与石墨烯的质量比为1～15：100。亦即，所述的碳纳米管的前驱体—氧化的碳纳米管与石墨烯的质量比为本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种碳纳米管/石墨烯/聚合物电磁屏蔽材料的制备方法，其特征在于包括：对包含石墨烯和氧化的碳纳米管的混合分散液进行过滤处理，获得具有三维结构的氧化碳纳米管/石墨烯复合物；在保护性气氛中，对所述氧化碳纳米管/石墨烯复合物进行高温煅烧处理，获得三维碳纳米管/石墨烯复合物；以及以高分子聚合物前驱体对所述三维碳纳米管/石墨烯复合物进行浸渍处理，之后固化，获得碳纳米管/石墨烯/聚合物电磁屏蔽材料。

【技术特征摘要】
1.一种碳纳米管/石墨烯/聚合物电磁屏蔽材料的制备方法，其特征在于包括：对包含石墨烯和氧化的碳纳米管的混合分散液进行过滤处理，获得具有三维结构的氧化碳纳米管/石墨烯复合物；在保护性气氛中，对所述氧化碳纳米管/石墨烯复合物进行高温煅烧处理，获得三维碳纳米管/石墨烯复合物；以及以高分子聚合物前驱体对所述三维碳纳米管/石墨烯复合物进行浸渍处理，之后固化，获得碳纳米管/石墨烯/聚合物电磁屏蔽材料。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于包括：通过超声分散将石墨烯和氧化的碳纳米管均匀分散于水中，形成所述混合分散液；优选的，所述氧化的碳纳米管与石墨烯的质量比为1～15：100。3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：所述氧化的碳纳米管包括氧化的多壁碳纳米管和/或氧化的单壁碳纳米管；优选的，所述氧化的碳纳米管是通过混酸氧化制备的；和/或，所述石墨烯的层数为1～50层，纯度大于98％，片层大小为10～70μm。4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：所述石墨烯与氧化的碳纳米管的总质量与水的质量比为1：100～1：300；优选的，所述水包括去离子水；和/或，所述超声分散的时间为10～30min；和/或，所述制备方法包括：在1000～4000Pa的真空条件下进行所述的过滤处理。5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于包括：在保护性气氛中，将所述氧化碳纳米管/石墨烯复合物置于管式炉中，并以5～20℃min-1的速率升温至800～1200℃，高温煅烧处理0.5～4h，获得所述的三维...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘立伟，朱守圃，李奇，邢敕天，张迎飞，李伟伟，
申请(专利权)人：中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所，
类型：发明
国别省市：江苏,32