一种褶皱石墨烯的制备方法及其电磁屏蔽材料技术

本发明专利技术涉及一种褶皱石墨烯的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：(1)将氧化石墨烯分散液与抗坏血酸和氢碘酸混合，得到混合溶液；(2)将步骤(1)所述混合溶液加热，得到褶皱石墨烯。本发明专利技术中抗坏血酸和氢碘酸协同作用，在将氧化石墨烯进行高效还原的同时，使得到的石墨烯具有良好的褶皱结构，所述褶皱结构可有效抑制石墨烯纳米片层的堆垛，从而获得更加蓬松的石墨烯粉体，密度小；褶皱石墨烯粉体更易于从还原的分散液中过滤出来，解决了实际应用中石墨烯粉体难以分离的问题，大大提高生产效率；同时，石墨烯片层的褶皱表面有利于强化电磁波的屏蔽效果。

A Method for Preparing Folded Graphene and Its Electromagnetic Shielding Material

【技术实现步骤摘要】
一种褶皱石墨烯的制备方法及其电磁屏蔽材料
本专利技术属于电磁屏蔽材料领域，具体涉及一种褶皱石墨烯的制备方法及其电磁屏蔽材料。
技术介绍
随着现代电子产品的高速发展和精密度提高，电磁辐射污染也越来越严重。开发高性能电磁屏蔽材料是缓解电磁波污染带来的电磁干扰、泄密和人体健康危害的有效手段。二维平面结构石墨烯具有超高的电导率、优异的导热和力学性能、超大的理论比表面积等不可比拟的性能，是制备电磁屏蔽材料的理想材料。将石墨烯粉末填充于聚合物内制备的石墨烯/聚合物电磁屏蔽复合材料具有轻质、耐腐蚀、易加工和性能可调等优点而备受青睐。然而，石墨烯基电磁屏蔽材料要实现商业化应用20dB的屏蔽效能所需的石墨烯粉体填充量往往较高(10～30wt％)，且厚度在2～4mm。高填充量不仅降低了复合材料的机械性能，且极大增加了材料的制备成本，限制了石墨烯基电磁屏蔽材料的应用。本质原因在于，石墨烯在还原过程中由于片层间强烈的相互作用极易发生堆垛，且石墨烯粉体在聚合物内易发生团聚，降低了石墨烯作为高性能填料的有效性。在石墨烯表面形成褶皱形态可有效抑制石墨烯的堆垛和团聚，且褶皱石墨烯表现出更加优异的导电性能。现有制备褶皱石墨烯的方法有喷雾干燥法和模板法。前者是通过喷雾干燥法使氧化石墨烯分散液失去水分后发生表面褶皱形成褶皱形态氧化石墨烯，进而通过高温热还原的方式获得褶皱石墨烯。该技术对设备的依赖度高，条件苛刻且采用高温热还原能耗高。模板法是将氧化石墨烯分布在基底模板上，通过模板的褶皱制造石墨烯片层表面的褶皱形态，其需要基底模板且操作比较麻烦。CN105694427A公开了一种石墨烯复合材料作为电磁屏蔽材料的应用，属于新材料及其应用
通过将石墨烯与泡沫海绵复合，使石墨烯材料均匀包覆在泡沫海绵骨架表面，制备出具有各向同性、三维连通的导电网络骨架的石墨烯复合材料。所述方法制备得到的电磁屏蔽材料性能无法满足优异的电磁屏蔽材料性能要求。CN104883868B公开了一种电磁屏蔽用磁性材料/石墨烯纸复合材料的制备方法，属于电磁屏蔽领域。所述方法通过液相剥离的方法制备得到结构较为完整，高导电性的石墨烯，而后将磁性材料前驱体，均匀分散在石墨烯悬浮液中，加入碱性溶液，通过水热方法在石墨烯片层上均匀生长磁性材料，得到电磁屏蔽用磁性材料/石墨烯纸复合材料。所述方法制备过程复杂，且电磁屏蔽性能较差。因此，本领域亟需开发一种简便高效的石墨烯制备方法，制备得到的石墨烯应用于电磁屏蔽领域可以具有良好的电磁屏蔽性能。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种褶皱石墨烯的制备方法及其电磁屏蔽材料，所述褶皱石墨烯凹凸不平的表面形貌有利于实现电磁波的散射，有利于提高石墨烯基电磁屏蔽材料的电磁屏蔽性能。本专利技术所述褶皱为超褶皱，所述超褶皱为相对于现有技术中的石墨烯具有更多的褶皱结构。为达此目的，本专利技术采用以下技术方案：本专利技术的目的之一在于提供一种褶皱石墨烯的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：(1)将氧化石墨烯分散液与抗坏血酸和氢碘酸混合，得到混合溶液；(2)将步骤(1)所述混合溶液加热，得到褶皱石墨烯。本专利技术中抗坏血酸和氢碘酸协同作用，在将氧化石墨烯进行高效还原的同时，使得到的石墨烯具有良好的褶皱结构，所述褶皱结构可有效抑制石墨烯纳米片层的堆垛，从而获得更加蓬松的石墨烯粉体，密度小；褶皱石墨烯粉体更易于从还原的分散液中过滤出来，解决了实际应用中石墨烯粉体难以分离的问题，大大提高生产效率；同时，石墨烯片层的褶皱表面有利于强化电磁波的屏蔽效果。本专利技术所述的褶皱石墨烯的制备方法无需特定的设备和苛刻条件，方法简单高效，且绿色无污染。优选地，步骤(1)所述氧化石墨烯、抗坏血酸与氢碘酸的质量比为1:1～20:1～20，优选为1:5～10:5～10，例如1:2:5、1:5:5、1:8:2、1:5:10、1:10:8、1:8:12、1:10:10、1:12:10、1:15:5、1:16:4、1:10:15、1:13:8或1:18:5等。本专利技术所述氧化石墨烯、抗坏血酸与氢碘酸的质量比为1:1～20:1～20，在此范围内可以获得良好褶皱结构的石墨烯，超出此范围得到的石墨烯褶皱结构较差，进而影响其性能。优选地，步骤(1)所述氧化石墨烯分散液的浓度为1～3mg/mL，优选为1.5～2.5mg/mL，例如1.2mg/mL、1.4mg/mL、1.5mg/mL、1.8mg/mL、2.0mg/mL、2.2mg/mL、2.5mg/mL或2.8mg/mL等。本专利技术所述氧化石墨烯分散液的浓度小于1mg/mL时，氧化石墨烯片层间相互作用弱，难以相互连接引发片层发生褶皱，且还原后的石墨烯片层间π-π作用大大增强，导致石墨烯发生堆垛；本专利技术所述氧化石墨烯分散液的浓度大于3mg/mL时，石墨烯纳米片层间距减小，剥离分散差，片层间相互作用强，导致片层相互吸引发生堆垛，也无法形成褶皱形态石墨烯。优选地，步骤(1)所述混合的时间为0.2～0.6h，例如0.3h、0.4h或0.5h等。优选地，步骤(1)所述氧化石墨烯分散液的制备过程包括；将石墨进行化学氧化、剥离和离心的过程，得到氧化石墨烯分散液。本专利技术所述氧化石墨烯分散液采用常规方法制备即可得到，示例性的为Hummers法制备。优选地，所述石墨的目数>300目，例如320目、350目、400目、450目、500目、550目、600目、700目或800目等。本专利技术所述石墨的目数小于300目时，原料石墨粒径较大，化学氧化获得的氧化石墨烯片层尺寸大，片层间相互作用强，边缘含氧官能团脱除难以造成片层发生褶皱，最终石墨烯以堆垛的形态存在。优选地，所述氧化石墨烯分散液中氧化石墨烯片层平均横向尺寸<20μm，例如5μm、8μm、10μm、12μm、15μm、18μm等。本专利技术通过调控石墨的目数来控制得到的氧化石墨烯片层平均横向尺寸，若氧化石墨烯片层平均横向尺寸≥20μm，则最终得到的石墨烯褶皱结构较差，以片层相互堆垛结构存在。优选地，步骤(2)所述加热的温度为70～98℃，例如72℃、75℃、78℃、80℃、82℃、85℃、88℃、90℃、92℃或95℃等。优选地，所述加热的时间为2～4h，例如2.2h、2.5h、2.8h、3h、3.2h、3.5h或3.8h等。优选地，所述加热为在搅拌条件下加热。优选地，混合溶液加热后还包括过滤、洗涤和干燥的过程。优选地，所述干燥包括冷冻干燥、空气烘干和自然晾干中的任意一种或至少两种的组合。作为优选技术方案，本专利技术所述一种褶皱石墨烯的制备方法包括如下步骤：(1)将大于300目的石墨进行化学氧化、剥离和离心的过程，得到氧化石墨烯分散液，所述石墨烯分散液中氧化石墨烯片层平均横向尺寸<20μm；(2)将1.5～2.5mg/mL的所述氧化石墨烯分散液与抗坏血酸和氢碘酸混合0.2～0.6h，所述氧化石墨烯、抗坏血酸与氢碘酸的质量比为1:5～10:5～10，得到混合溶液；(3)将步骤(2)所述混合溶液在搅拌条件下70～98℃加热2～4h，过滤，洗涤，冷冻干燥，得到褶皱石墨烯。本专利技术的目的之二在于提供一种褶皱石墨烯，所述褶皱石墨烯通过目的之一所述的方法制备得到，所述褶皱石墨烯纳米片层的微观表面为褶皱的形态分布。本专利技术的目的之三在于提供一种如目的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种褶皱石墨烯的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：(1)将氧化石墨烯分散液与抗坏血酸和氢碘酸混合，得到混合溶液；(2)将步骤(1)所述混合溶液加热，得到褶皱石墨烯。

【技术特征摘要】
1.一种褶皱石墨烯的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：(1)将氧化石墨烯分散液与抗坏血酸和氢碘酸混合，得到混合溶液；(2)将步骤(1)所述混合溶液加热，得到褶皱石墨烯。2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述氧化石墨烯、抗坏血酸与氢碘酸的质量比为1:1～20:1～20，优选为1:5～10:5～10。3.如权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述氧化石墨烯分散液的浓度为1～3mg/mL，优选为1.5～2.5mg/mL；优选地，步骤(1)所述混合的时间为0.2～0.6h。4.如权利要求1-3之一所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述氧化石墨烯分散液的制备过程包括；将石墨进行化学氧化、剥离和离心的过程，得到氧化石墨烯分散液；优选地，所述石墨的目数>300目；优选地，所述氧化石墨烯分散液中氧化石墨烯片层平均横向尺寸<20μm。5.如权利要求1-4之一所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述加热的温度为70～98℃；优选地，所述加热的时间为2～4h；优选地，所述加热为在搅拌条件下加热；优选地，步骤(2)所述混合溶液加热后还包括过滤、洗涤和干燥的过程；优选地，所述干燥包括冷冻干燥、空气烘干和自然晾干中的任意一种或至少两种的组合。6.如权利要求1-5之一所述的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：(1)将大于300目的石墨进行化学氧化、剥离和离心的过程，得到氧化石墨烯分散液，所述氧化石墨烯分散液中氧化石墨烯片层平均横向尺寸<20μm；(2)将1.5～2.5mg/mL的所述氧化石墨烯分散液与抗坏...

【专利技术属性】
技术研发人员：汪印，赖登国，
申请(专利权)人：科炭厦门新材料有限公司，厦门中科城环新能源有限公司，
类型：发明
国别省市：福建,35