一种航空航天电缆用轻质石墨烯薄膜制备方法技术

本发明专利技术涉及电磁屏蔽技术领域，公开了一种航空航天电缆用轻质石墨烯薄膜制备方法，将纤维素纳米晶(CNC)溶液与氧化石墨烯(GO)溶液混合，搅拌均匀，超声，得到分散均匀的CNC/GO混合溶液；通过成膜方法，干燥，得到CNC/GO薄膜；再使用还原剂还原，清洗表面残留还原剂，机械压缩，干燥，得到纤维素纳米晶/石墨烯复合薄膜。本发明专利技术提供的电磁屏蔽薄膜具有超薄、疏水、柔性、力学强度高等特点，弥补了现有碳基电磁屏蔽材料力学强度差、厚度大的缺陷，在快速增长的柔性电子领域具有较大的应用潜力。的柔性电子领域具有较大的应用潜力。的柔性电子领域具有较大的应用潜力。

【技术实现步骤摘要】
一种航空航天电缆用轻质石墨烯薄膜制备方法


[0001]本专利技术属于电磁屏蔽
，尤其涉及一种航空航天电缆用轻质石墨烯薄膜制备方法。

技术介绍

[0002]在当今世界，随着现代电子技术的飞速发展，电磁干扰和电磁辐射等问题因对精密电子设备和人体健康产生危害而引起了广泛的关注。目前，应用最广泛的金属及金属氧化物电磁屏蔽材料因其材料密度大、刚性大、易腐蚀，生产与加工难度大、价格昂贵等缺点，在实际应用中受到了很大限制，难以满足当下对电磁屏蔽材料提出的轻量、小尺寸、可折叠等需求。与传统的金属电磁屏蔽材料相比，石墨烯作为一种新型的二维纳米碳材料，具有极其优异的电学、力学和热力学性能，这些优异的性能使得石墨烯在与高分子材料形成复合材料后具有极佳的作为电磁屏蔽材料的潜质，特别是在飞机、航空航天和快速增长的柔性电子等领域。
[0003]然而，石墨烯之间存在的较强的范德华力，限制了其作为电磁干扰屏蔽材料的应用。氧化石墨烯(GO)作为石墨烯最易获得的前驱体，由于其潜在的导电性、高加工性和在水介质中良好的分散性，是制备上述材料的理想选择。研究表明，5～33％的氧化石墨烯负载后再进行还原，可以使复合材料在X波段满足商用电磁屏蔽材料要求(20dB)，然而2.5～60mm的样品厚度使其无法用于便携式设备；另一方面，更高含量GO浓度的电磁屏蔽材料目前也有报道。例如，Shen等(Advanced Functional Materials,2014,24(28):4542
‑
4548)和Kumar等(Carbon,2015:494
‑
500)通过热化学和化学还原方法分别制备了8.4μm和15μm厚的还原氧化石墨烯薄膜，其电磁屏蔽效能分别为20dB和15dB，但通过该方法制备的石墨烯薄膜的力学强度较差，大大限制了其实际应用。因此，制备超薄、同时具备较高的力学强度的电磁屏蔽材料，仍然是一个挑战。
[0004]纳米纤维素晶须(CNC)，具有可降解、可再生、生物相容性好等特点，近年来在电子及能源存储行业逐渐引起学者们的兴趣。CNC具有优异的力学强度，可明显提高复合材料机械强度；同时，CNC表面含有大量羟基，具有较大的比表面积，在复合材料中可作为分散剂，改善材料的团聚问题及复合材料界面的结合性能。
[0005]通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：(1)现有金属及金属氧化物电磁屏蔽材料因其材料密度大、刚性大、易腐蚀，生产与加工难度大、价格昂贵等缺点，在实际应用中受到了很大限制，难以满足电磁屏蔽材料在航空航天、手提式电子产品、便携式可穿戴电子设备等领域提出的轻量、小尺寸、可折叠的需求。
[0006](2)现有大部分石墨烯基电磁屏蔽材料存在厚度大、力学强度差、石墨烯在内部分散不均匀的问题。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的在于针对现有技术存在的问题，提供一种航空航天电缆用轻质石墨烯薄膜，该薄膜具有超薄、柔性、力学强度高的特性，在快速增长的柔性电子领域具有较大的应用潜力。
[0008]本专利技术的目的还在于提供一种航空航天电缆用轻质石墨烯薄膜及制备方法，该方法以CNC同时作为增强体和分散剂，与二维片状的氧化石墨烯(GO)通过层层自组装形成三维有序的“砖
‑
泥”层状复合结构。
[0009]本专利技术的目的还在于提供所述的一种航空航天电缆用轻质石墨烯薄膜在航空航天、手提式电子产品、便携式可穿戴电子设备等领域作为电磁屏蔽材料的应用本专利技术是这样实现的，一种航空航天电缆用轻质石墨烯薄膜的制备方法，包括如下步骤：步骤一：将纤维素纳米晶(CNC)溶液与氧化石墨烯(GO)溶液混合，搅拌均匀，超声，得到分散均匀的CNC/GO混合溶液；步骤二：通过成膜方法，干燥，得到CNC/GO薄膜；步骤三：再使用还原剂还原，清洗表面残留还原剂，机械压缩，干燥，得到纤维素纳米晶/石墨烯复合薄膜。
[0010]优选的，所述纤维素纳米晶是通过酸水解法或酶水解法得到，所用原料包括各类木材、竹、棉花、纸浆等生物质材料。
[0011]优选的，所述氧化石墨烯为二维片状结构。
[0012]优选的，所述纤维素纳米晶溶液浓度为0.02～10mg/mL。
[0013]优选的，所述氧化石墨烯溶液浓度为0.02～10mg/mL。
[0014]优选的，步骤一中，所述纤维素纳米晶溶液与氧化石墨烯溶液的质量比为1:9～7:3。
[0015]优选的，步骤一中，所述搅拌转速为300～1000rpm，时间为4～12h,温度为20～50℃，超声时间为10～40min,超声功率为600～1000W。
[0016]优选的，步骤二中，所述成膜方法包括真空抽滤法、溶剂蒸发法、刮涂法、旋转涂布法等；所述干燥方法包括室温干燥、真空干燥、烘箱干燥等。
[0017]优选的，步骤二和步骤三中，所述干燥方法包括室温干燥、真空干燥、烘箱干燥等。
[0018]优选的，步骤三中，所述还原剂包括氢碘酸、抗坏血酸、水合肼、胺类等。
[0019]优选的，步骤三中，所述机械压缩压力为10～350MPa，压缩时间为10～60min。
[0020]由上述任一项所述轻质高强纤维素纳米晶/石墨烯复合薄膜制备的航空航天领域电磁屏蔽隔离薄膜。
[0021]所述的一种航空航天电缆用轻质石墨烯薄膜作为各类手提式电子产品、便携式可穿戴电子设备等领域电磁屏蔽薄膜的应用。
[0022]结合上述的所有技术方案，本专利技术所具备的优点及积极效果为：本专利技术原材料来源丰富、易得、成本较低，且制备方法操作工艺简单，有利于大规模生产；同时，以亲水性的CNC作为原料，能显著减少CNC/GO复合薄膜还原的时间。
[0023]本专利技术提供的轻质高强纤维素纳米晶/石墨烯复合薄膜所用的CNC能有效改善GO的分散性。CNC与GO通过层层自组装形成有序排列的层状结构，其中一维的CNC有序地沉积在二维的GO片状结构之间，形成三维的类似珍珠层的“砖
‑
泥”层状复合结构。
[0024]本专利技术提供的轻质高强纤维素纳米晶/石墨烯复合薄膜所用的CNC能显著提高石墨烯薄膜的力学强度(其最高拉伸强度达227MPa，远远优于目前所报道的碳基电磁屏蔽复合材料)；同时，CNC与石墨烯组成的“砖
‑
泥”层状复合结构还能有效提高石墨烯薄膜的电磁屏蔽效能。
附图说明
[0025]为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对本申请实施例中所需要使用的附图做简单的介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0026]图1是纤维素纳米晶/石墨烯复合薄膜复合薄膜及原料形貌示意图。(a,b)，复合薄膜光学照片；(c)，薄膜断面形貌；(d)，CNC的原子力显微镜高度图；(e)，GO的原子力显微镜高度图；(f)，单层GO高度图图2是本专利技术实施例提供的薄膜断面在机械压缩前(a)及压缩后不同放大倍数本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种航空航天电缆用轻质石墨烯薄膜，其特征在于，所述航空航天电缆用轻质石墨烯薄膜的制备方法包括：步骤一：将纤维素纳米晶(CNC)溶液与氧化石墨烯(GO)溶液混合，搅拌均匀，超声，得到分散均匀的CNC/GO混合溶液；步骤二：通过成膜方法，干燥，得到CNC/GO薄膜；步骤三：再使用还原剂还原，清洗表面残留还原剂，机械压缩，干燥，得到纤维素纳米晶/石墨烯复合薄膜。2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述纤维素纳米晶是通过酸水解法或酶水解法得到，所用原料包括各类木材、竹、棉花、纸浆生物质材料。3.权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述氧化石墨烯为二维片状结构。4.权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述纤维素纳米晶溶液浓度为0.02
‑
10mg/ml；所述氧化石墨烯溶液浓度为0.02
‑
10mg/ml。5.权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤一中，所述纤维素纳米晶溶液...

【专利技术属性】
技术研发人员：王梓轩，王哲，韩岳男，
申请(专利权)人：武汉烯波科技有限公司，
类型：发明
国别省市：