[发明专利]一种轻质高效电磁屏蔽用石墨烯薄膜及其制备方法

说明书

本发明通过使用超大片氧化石墨烯成膜，并让其在高温下退火的方式下，完美修复石墨烯缺陷，并使得边缘缺陷降到最低，形成完美的大共轭结构，保证了石墨烯导热通路的畅通；进一步通过三步独立的升温过程，使得石墨烯表面的官能团逐步脱离，夹杂在石墨烯片之间的制孔剂缓慢分解，两者均以气体形式逐级释放，同时，石墨化过程逐次展开，形成石墨烯微气囊；而微气囊的形成过程中，石墨烯表面最为稳定的官能团也随之脱落，加上高温下气体膨胀，由此产生了由1‐4层石墨烯片构成的石墨烯结构；石墨烯少层结构的成功引入，极大的提升了材料的导电性能。微气囊结构辅助以较好的导电性能，使得本发明的石墨烯膜具有极强的电磁屏蔽性能。

技术领域

本发明涉及复合材料制备领域，尤其涉及一种轻质高效电磁屏蔽用石墨烯薄膜及其制备方法。

背景技术

电子工业的迅猛发展使电子器件的集成度越来越高、电子器件的电磁波发射功率越来越高、电子器件的尺寸变得越来越小。电子设备发射的电磁波不但影响自身设备和其他设备的正常运行，还可能对人体和自然环境产生不利影响。金属作为传统的高屏蔽性能材料，由于其密度高，容易腐蚀，加工难等缺点，使得新型电磁屏蔽材料的开发得到学术界和工业界的广泛关注。

具有轻质高效的电磁屏蔽材料是这个领域的热点研究方向之一。

石墨烯作为高比表面积和高电导率的碳材料，具有良好的电磁屏蔽性能，但是目前所制备的宏观石墨烯膜材料电磁屏蔽性能都比较低，均在60dB以下，尤其是在频率为500MHz‐1.5GHz范围。有报道采用化学气相沉积法(CVD)发制备石墨烯气凝胶与有机硅(PDMS)复合材料，其屏蔽效果是低于30dB(Chen Z P,Xu C,Ma C Q,et al.Adv Mater,2013,25:1296–1300.)。该报道制备的材料具有较低密度，但是屏蔽效果还不高。还有采用氧化石墨烯溶液成膜然后高温处理的石墨烯膜，但是其膜的屏蔽性能也仅仅为20dB(ShenB,Zhai W,Zheng W.Advanced Functional Materials 2014,24(28),4542‐4548.)。该研究所制备的石墨烯膜密度大于1.0g/cm³，并且屏蔽性能也不高。另有研究采用CVD法制备的石墨烯薄膜，在8‐12GHz内屏蔽效能达到60dB(Zhang,L,AlvarezN,ZhangM.Carbon,2015,8,353‐359.)。该方法制备的石墨烯膜屏蔽效果较高，但是密度也高，大于0.6g/cm³。从以上前沿研究结果来看，一是与金属材料的屏蔽性能相差甚远(金属材料的屏蔽效能在80dB以上)，二是同时具有密度低且屏蔽性能高的材料还未能制备出来。在此基础上，通过设计序列层状多孔，采取逐步高温还原方法制备轻质高效电磁屏蔽用石墨烯薄膜，电磁屏蔽效能达到90‐130dB的高水平(频率500MHz‐40GHz)，密度为0.005‐0.1g/cm³，具有沿石墨烯面内取向排列且局部搭接形成孔，孔的平均截面大小10nm²‐400μm²，孔隙率70％以上，薄膜厚度为0.01‐10毫米。该方法制备的石墨烯超轻薄膜与冰晶冷冻干燥法制备的多孔石墨烯气凝胶是不同的，前者是通过高温发泡过程形成的有序多孔结构，而后者是通过冰晶取向形成多孔结构；也与抽滤形成的薄膜结构不同，因为抽滤而成的薄膜不具有超轻多孔结构。而且，该方法制备的石墨烯超轻薄膜实现了高效屏蔽性能以及低密度的优异特性，为石墨烯超轻薄膜在未来工业、军工及航空航天领域的应用提供了很好的材料。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种轻质高效电磁屏蔽用石墨烯薄膜及其制备方法。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：