碳纳米管/石墨烯/聚偏氟乙烯多孔复合薄膜的制备方法技术

本发明专利技术公开了碳纳米管/石墨烯/聚偏氟乙烯多孔复合薄膜的制备方法，具体为：将聚偏氟乙烯分散到N,N‑二甲基甲酰胺，得到聚偏氟乙烯/N,N‑二甲基甲酰溶液；再将碳纳米管和石墨烯分散在聚偏氟乙烯溶液中，超声，干燥，随后将其与聚乙烯吡咯烷酮同时加入到聚偏氟乙烯溶液中，超声，形成碳纳米管/石墨烯/聚偏氟乙烯混合溶液，再将碳纳米管/石墨烯/聚偏氟乙烯混合溶液均匀涂覆在玻璃板上，之后沉浸到水浴中，放置在蒸馏水中，密封干燥，得到碳纳米管/石墨烯/聚偏氟乙烯多孔复合薄膜。本发明专利技术方法利用内部多孔结构，对电磁波进行多次反射和散射，从而提高复合材料的吸波性能。

Preparation of carbon nanotubes / graphene / polyvinylidene fluoride porous composite films

【技术实现步骤摘要】
碳纳米管/石墨烯/聚偏氟乙烯多孔复合薄膜的制备方法
本专利技术属于复合材料制备
，具体涉及碳纳米管/石墨烯/聚偏氟乙烯(PVDF)多孔复合薄膜的制备方法。
技术介绍
随着电子设备的快速发展，在我们生活的环境中电磁干扰已经无处不在，不仅对国防安全构成了军事威胁，也对人体健康造成了不可估量的危害。为了解决严重的电磁污染问题，高性能吸波材料的设计和制备成为人们关注的焦点，包括导电高分子材料、各种碳材料、磁性颗粒以及复合材料等。迄今为止，由于吸波材料具有厚度薄、重量轻、吸收强度高、吸收带宽等优点，一直是学者们研究的热点。在过去的几十年里，为了实现具有高吸波性能的吸波材料，人们付出了巨大的努力来优化吸波材料的物理化学性质以获得所需的介电常数，这从根本上影响了界面阻抗。传统的固体颗粒(如铁氧体、金属磁体、陶瓷及其杂化体等)虽然具有优异的吸波性能，但也存在密度大、稳定性差、载荷含量大等缺点，难以进一步应用于实际。与传统的固体颗粒相比，碳材料(尤其是石墨烯纳米片或碳纳米管)具有许多突出的优点，如生产效率高、耐腐蚀性、质轻、通过调整填料的含量而获得的可调性，因此被公认为吸波材料的首选材料。然而，单独石墨烯或碳纳米管作为吸波材料，由于其高导电率，其阻抗匹配较差，微波衰减比较差。近年来，大量研究表明，石墨烯与碳纳米管的协同作用是提高复合材料吸波性能的有效方法。例如，Chen等人已经证明了碳纳米管的加入可以进一步提高石墨烯泡沫材料的吸波性能，碳纳米管/石墨烯复合泡沫材料在2-18GHz下实现全波段吸收，为轻质、宽带吸波材料开辟了新的领域。传统的复合薄膜是通过简单的混合，然后与基体结合。由于大量入射的电磁波在材料表面反射，只有少量的电磁波传输到样品中，导致吸波性能较差。目前已有研究表明，多孔结构的形成可以大大提高阻抗匹配，使得电磁波更容易进入吸波材料内部，入射到样品中的电磁波会多次反射和散射。这些多次反射引起弛豫，导致电磁波进一步衰减，产生吸波性能。目前，将空气引入吸波材料中主要有冷冻干燥、超临界流体发泡和相转换。冷冻干燥法在冷冻干燥过程中需要足够的时间将溶剂完全去除，导致样品制备的总实验时间较长。采用超临界流体发泡的方法常常会出现起泡率低的现象，这就使得该方法需要相对严格的条件。相反，相转换法制备多孔材料是一种简单可行、实验时间短、工艺快速的方法。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供碳纳米管/石墨烯/聚偏氟乙烯多孔复合薄膜的制备方法，解决了现有技术中多孔复合薄膜吸波性能低的问题。本专利技术所采用的技术方案是，碳纳米管/石墨烯/聚偏氟乙烯多孔复合薄膜的制备方法，具体按照以下步骤实施：步骤1、将聚偏氟乙烯作为溶质分散到N,N-二甲基甲酰胺，在85℃的条件下水浴搅拌，得到聚偏氟乙烯/N,N-二甲基甲酰溶液；步骤2、将碳纳米管和石墨烯纳米片分散在聚偏氟乙烯溶液中，超声处理，干燥，随后将其与聚乙烯吡咯烷酮同时加入到聚偏氟乙烯溶液中，超声处理，形成碳纳米管/石墨烯/聚偏氟乙烯混合溶液；步骤3、将碳纳米管/石墨烯/聚偏氟乙烯混合溶液均匀涂覆在玻璃板上；步骤4、将碳纳米管/石墨烯/聚偏氟乙烯涂膜迅速沉浸到50℃的水浴中10min，使薄膜脱落，再将碳纳米管/石墨烯/聚偏氟乙烯薄膜放置在蒸馏水中，密封24h，干燥，得到碳纳米管/石墨烯/聚偏氟乙烯多孔复合薄膜。本专利技术的特点还在于，步骤1中，聚偏氟乙烯与N,N-二甲基甲酰胺的质量比为15：85。步骤1中，搅拌时间为90min。步骤2中，具体步骤如下：步骤2.1、将碳纳米管加入到N,N-二甲基甲酰胺溶液中，超声分散30min，得到碳纳米管/N,N-二甲基甲酰溶液；碳纳米管与N,N-二甲基甲酰胺溶液的质量比为1：50；步骤2.2、将石墨烯纳米片加入到碳纳米管/N,N-二甲基甲酰溶液中，超声分散30min，得到石墨烯纳米片/碳纳米管/N,N-二甲基甲酰混合溶液；石墨烯纳米片与碳纳米管/N,N-二甲基甲酰溶液的质量比为1:50；步骤2.3、将石墨烯纳米片/碳纳米管/N,N-二甲基甲酰混合溶液干燥，得到石墨烯纳米片/碳纳米管混合粉末；步骤2.4、将石墨烯纳米片/碳纳米管混合粉末加入到聚偏氟乙烯/N,N-二甲基甲酰溶液中，超声分散30min，得到石墨烯纳米片/碳纳米管/聚偏氟乙烯/N,N-二甲基甲酰溶液；石墨烯纳米片/碳纳米管混合粉末与聚偏氟乙烯/N,N-二甲基甲酰溶液的质量比为1:50；步骤2.5、将聚乙烯吡咯烷酮加入到石墨烯纳米片/碳纳米管/聚偏氟乙烯/N,N-二甲基甲酰溶液中，超声分散30min，形成石墨烯纳米片/碳纳米管/聚偏氟乙烯混合溶液；聚乙烯吡咯烷酮与石墨烯纳米片/碳纳米管/聚偏氟乙烯的质量比为3：100。步骤2.3中，干燥温度为60℃，干燥时间为2h。步骤4中，干燥温度为20℃-25℃，干燥时间为12h。本专利技术的有益效果是：本专利技术方法中，利用石墨烯纳米片和碳纳米管的导电性对电磁波进行一个电损耗，增加其吸波性能；同时，利用相转换方法，将聚乙烯吡咯烷酮作为成孔剂，制备出多孔复合薄膜：利用多孔结构，降低界面的阻抗匹配，从而使电磁波更好的进入到复合材料内部；利用内部多孔结构，对电磁波进行多次反射和散射，从而提高复合材料的吸波性能；且该方法简单快捷。附图说明图1为本专利技术方法制备的碳纳米管/石墨烯/聚偏氟乙烯多孔复合薄膜的SEM图；图2为本专利技术方法制备的碳纳米管/石墨烯/聚偏氟乙烯多孔复合薄膜的科尔-科尔图；图3为本专利技术方法制备的碳纳米管/石墨烯/聚偏氟乙烯多孔复合薄膜的反射损耗图；图4为本专利技术碳纳米管/石墨烯/聚偏氟乙烯多孔复合薄膜的制备方法的作用机理图；图5为本专利技术方法制备的碳纳米管/石墨烯/聚偏氟乙烯多孔复合薄膜背面的SEM图。具体实施方式下面结合具体实施方式和附图对本专利技术进行详细说明。本专利技术碳纳米管/石墨烯/聚偏氟乙烯多孔复合薄膜的制备方法，具体按照以下步骤实施：步骤1、将聚偏氟乙烯作为溶质分散到N,N-二甲基甲酰胺，在85℃的条件下，以500rpm的速度水浴搅拌90min，均匀混合，得到聚偏氟乙烯/N,N-二甲基甲酰溶液；聚偏氟乙烯与N,N-二甲基甲酰胺的质量比为15：85；步骤2、将碳纳米管和石墨烯纳米片分散在聚偏氟乙烯溶液中，超声处理，干燥，随后将其与聚乙烯吡咯烷酮同时加入到聚偏氟乙烯溶液中，超声处理，形成碳纳米管/石墨烯/聚偏氟乙烯混合溶液，具体步骤如下：步骤2.1、将碳纳米管加入到N,N-二甲基甲酰胺溶液中，超声分散30min，得到碳纳米管/N,N-二甲基甲酰溶液；碳纳米管与N,N-二甲基甲酰胺溶液的质量比为1：50；步骤2.2、将石墨烯纳米片加入到碳纳米管/N,N-二甲基甲酰溶液中，超声分散30min，得到石墨烯纳米片/碳纳米管/N,N-二甲基甲酰混合溶液；石墨烯纳米片与碳纳米管本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.碳纳米管/石墨烯/聚偏氟乙烯多孔复合薄膜的制备方法，其特征在于，具体按照以下步骤实施：/n步骤1、将聚偏氟乙烯作为溶质分散到N,N-二甲基甲酰胺，在85℃的条件下水浴搅拌，得到聚偏氟乙烯/N,N-二甲基甲酰溶液；/n步骤2、将碳纳米管和石墨烯纳米片分散在聚偏氟乙烯溶液中，超声处理，干燥，随后将其与聚乙烯吡咯烷酮同时加入到聚偏氟乙烯溶液中，超声处理，形成碳纳米管/石墨烯/聚偏氟乙烯混合溶液；/n步骤3、将碳纳米管/石墨烯/聚偏氟乙烯混合溶液均匀涂覆在玻璃板上；/n步骤4、将碳纳米管/石墨烯/聚偏氟乙烯涂膜迅速沉浸到50℃的水浴中10min，使薄膜脱落，再将碳纳米管/石墨烯/聚偏氟乙烯薄膜放置在蒸馏水中，密封24h，干燥，得到碳纳米管/石墨烯/聚偏氟乙烯多孔复合薄膜。/n

【技术特征摘要】
1.碳纳米管/石墨烯/聚偏氟乙烯多孔复合薄膜的制备方法，其特征在于，具体按照以下步骤实施：
步骤1、将聚偏氟乙烯作为溶质分散到N,N-二甲基甲酰胺，在85℃的条件下水浴搅拌，得到聚偏氟乙烯/N,N-二甲基甲酰溶液；
步骤2、将碳纳米管和石墨烯纳米片分散在聚偏氟乙烯溶液中，超声处理，干燥，随后将其与聚乙烯吡咯烷酮同时加入到聚偏氟乙烯溶液中，超声处理，形成碳纳米管/石墨烯/聚偏氟乙烯混合溶液；
步骤3、将碳纳米管/石墨烯/聚偏氟乙烯混合溶液均匀涂覆在玻璃板上；
步骤4、将碳纳米管/石墨烯/聚偏氟乙烯涂膜迅速沉浸到50℃的水浴中10min，使薄膜脱落，再将碳纳米管/石墨烯/聚偏氟乙烯薄膜放置在蒸馏水中，密封24h，干燥，得到碳纳米管/石墨烯/聚偏氟乙烯多孔复合薄膜。


2.根据权利要求1所述的碳纳米管/石墨烯/聚偏氟乙烯多孔复合薄膜的制备方法，其特征在于，所述步骤1中，聚偏氟乙烯与N,N-二甲基甲酰胺的质量比为15：85。


3.根据权利要求1所述的碳纳米管/石墨烯/聚偏氟乙烯多孔复合薄膜的制备方法，其特征在于，所述步骤1中，搅拌时间为90min。


4.根据权利要求1所述的碳纳米管/石墨烯/聚偏氟乙烯多孔复合薄膜的制备方法，其特征在于，所述步骤2中，具体步骤如下：
步骤2.1、将碳纳米管加入到N,N-二甲基甲酰胺溶液中，超声分散30min，得到碳纳米管/N,N-二甲基...

【专利技术属性】
技术研发人员：任芳，伏柏桥，任鹏刚，
申请(专利权)人：西安理工大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61