[发明专利]一种石墨烯复合材料作为电磁屏蔽材料的应用

说明书

本发明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技术领域。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。该材料电磁屏蔽性能优异，1.5mm厚电磁屏蔽效能即可达40dB。同时该材料可承受达80％的压缩变形，具有良好的柔性和弹性，密度只有0.05g/cm³左右，单位密度电磁屏蔽效能可达800dB·cm³/g。该材料作为电磁屏蔽材料使用，可有效屏蔽电磁辐射干扰，提高电子产品的可靠性及延长其使用寿命。所述石墨烯复合材料可采用工业化方法大量制备，成本低，具有轻质高效的特点。

技术领域

本发明涉及新材料及其应用技术领域，具体涉及一种石墨烯复合材料作为电磁屏蔽材料的应用。

背景技术

现代电子器件的快速发展给人们的生活带来了极大的便利，同时也产生了严重的电磁辐射问题，给高精度电子设备以及人们的身心健康造成了严重的影响。电磁辐射污染已被公认为是继大气污染、水污染、噪音污染后的地球第四大污染。

防治电磁辐射最常用有效的方法是利用电磁屏蔽材料对于有害的电磁波加以屏蔽。因此开发高性能电磁屏蔽材料具有重要意义。材料电磁屏蔽效能的定义是入射电磁波的强度与透射电磁波强度比值的对数，单位为dB。电磁屏蔽效能数值越高意味着越少的电磁波可以穿透屏蔽材料。例如，商业应用要求的最低电磁屏蔽效能为20dB，意味着仅有1％的电磁波可以穿透屏蔽材料。

聚合物导电复合材料在电磁屏蔽上的应用引起了大量关注，这是因为其与常用的金属材料相比，具有轻质、抗腐蚀、柔性、易加工和低成本等优势。然而，在这些复合材料中，导电添加剂杂乱无章地分布在聚合物基体中，而且被聚合物分子所分隔，因此很难获得理想的电磁屏蔽性能。例如，复合材料中添加7wt％的多壁碳纳米管、15wt％的单壁碳纳米管或15wt％的化学氧化剥离石墨烯才能获得约20dB的电磁屏蔽效能，这是一种电磁屏蔽材料能获得商业应用的最低性能要求。添加更多的导电材料有可能进一步提高复合材料的屏蔽效能，但过高的添加量会降低复合材料的力学性能和加工性能，同时增加材料的重量和成本。

除了具有高的电磁屏蔽性能以外，轻质和柔性是电磁屏蔽材料另外两个重要的技术要求，尤其是在飞机、航天器、手机和快速发展的柔性电子器件等领域(如便携电子设备和可穿戴电子器件等)中的应用。

石墨烯自被发现以来就以超高的导电能力、高强度、目前已知最轻薄的材料等性能受到广泛关注。利用石墨烯制备出自然连通的导电网络结构，有可能是获得轻质高效电磁屏蔽材料的有效途径。

发明内容

为了解决现有电磁屏蔽材料应用中遇到的上述问题，本发明提供一种石墨烯复合材料作为电磁屏蔽材料的应用，该石墨烯复合材料可有效屏蔽电子设备中电磁辐射干扰，提高设备的的稳定性和使用寿命。

本发明的技术方案是：

一种石墨烯复合材料作为电磁屏蔽材料的应用，将石墨烯复合材料作为电磁屏蔽材料应用于各种电子设备；所述石墨烯复合材料由石墨烯材料和泡沫海绵组成，石墨烯均匀包覆于泡沫海绵骨架表面，石墨烯微片间紧密连接，形成三维连通的导电网络骨架结构；所述石墨烯材料在复合材料中所占的重量百分比为15～85％。

所述石墨烯为采用各种方法制备的石墨烯材料，包括通过剥离方法得到的石墨烯材料、氧化石墨烯、还原后氧化石墨烯以及化学气相沉积方法生长得到的石墨烯材料中的一种或几种。

所述泡沫海绵为多种具有良好弹性和热稳定性的海绵材料，包括聚氨酯海绵、橡胶海绵、三聚氰胺海绵等。

所述的石墨烯复合材料具有优异的电磁屏蔽性能，厚度1.5mm的该复合材料的电磁屏蔽效率可达40dB以上，密度仅0.05g/cm³，单位密度电磁屏蔽效能可达800dB·cm³/g，且具有良好的柔性和弹性，能够任意弯曲和承受达80％的压缩变形。