[发明专利]一种兼顾隔声及电磁屏蔽双功能石墨烯纸的制备方法

说明书

一种兼顾隔声及电磁屏蔽双功能石墨烯纸的制备方法，属于石墨烯纸领域。本发明要解决现有石墨烯纸制备工艺复杂、产品尺寸受设备限制，性能单一等问题。本发明方法：一、冷冻干燥得到氧化石墨烯粉末；二、还原氧化石墨烯粉末；三、热烧结石墨烯粉；四、压制石墨烯纸。本发明能够制备大尺寸、双屏蔽功能样品，可广泛地应用于航空航天航海等军事领域中。

技术领域

本发明属于石墨烯纸的技术领域；具体涉及一种兼顾隔声及电磁屏蔽双功能石墨烯纸的制备方法。

背景技术

仅由单层碳原子紧密堆积成的二维蜂窝状点阵结构的石墨烯，凭借其独特的二维晶体结构决定了其具有优异的电学、力学和热学性能。自由电子在石墨烯上的传输不易发生散射，电子迁移率可以达到2×105cm/V·s，是硅中电子迁移率的一百多倍；其电导率高达106S/m，是室温下绝佳的导电材料。石墨烯弹性模量高达1TPa，断裂强度为125GPa，室温热导率为5.3×103W/m·K，比表面积为2630m²/g。石墨烯也具有优异的光学性能，单层石墨烯的可见光吸收率仅为2.3％，由此可根据薄层石墨烯的可见光透过率来估算出石墨烯的层数。另外，紫外光对石墨烯有刻蚀作用，随着紫外光照射时间的增加，石墨烯薄膜的结构不断被破坏，其可见光透过率和薄膜面电阻都在上升。这种二维的石墨烯薄膜除了具有高导电性和透过率之外，还展现出优异的化学稳定性和热稳定性，可作为太阳能透明电极的替代物。因此石墨烯在复合材料、催化材料、储能材料、高功能纳电子器件、气体传感器等领域具有相当大的应用价值，也吸引众多学者展开对石墨烯深入系统地研究。

随着现代电子工业的快速发展，各种无线通信系统和高频电子器件数量急剧增加，内部芯片密集化程度逐渐提高，导致电磁干扰现象和电磁污染问题日益突出，不仅在通信领域中对信号的产生、传播和接收造成了极大的影响，而且给人类社会的生产与生活带来了不容忽视的危害。为了有效地抑制电磁干扰和电磁污染，设计并制备高效电磁屏蔽材料已成为一个迫切需要解决的问题。石墨烯，碳原子以sp2杂化轨道呈蜂巢晶格排列构成的单层二维晶体，自2004年被曼切斯特大学的Geim教授团队报道后引起了科学家的广泛关注，其中优异的导电性能使其在电磁屏蔽领域极具发展潜力。针对不同的应用场合，采用不同的制备方法，目前使用的轻质石墨烯基电磁屏蔽材料包括石墨烯基块体电磁屏蔽复合材料、轻质石墨烯基多孔电磁屏蔽材料、石墨烯基柔性薄层电磁屏蔽材料和石墨烯基高温电磁屏蔽材料。但值得注意的是，相比于聚合物基电磁屏蔽材料，全碳屏蔽材料，如石墨烯纸、石墨烯/碳纳米纤维网络、石墨烯气凝胶体系，具有更加优异的导电性、耐高温和耐腐蚀性，将会成为未来轻质电磁屏蔽材料发展的重要方向之一。

另外，传统隔声材料要求是密实无孔隙或缝隙，且有较大的重量，根据质量密度定理，就是隔音材料的单位密集面密度越大，隔音量就越大，日常人们比较常见的有实心砖块、钢筋混泥土墙、木版、石膏板、铁板、隔声毡、纤维板等等。目前隔声材料主要面临两大问题，一是主要针对的都是对中高频的隔声，很难解决低频范围的有效隔声问题；二是材料较重，面密度大导致无法满足现代工业要求，很难满足在在一些特殊领域，如航空航天航海等国防材料的特殊要求。

发明内容

本发明要解决现有石墨烯纸制备工艺复杂、产品尺寸受设备限制，性能单一等问题，提供一种基于冷冻干燥法制备兼顾隔声及电磁屏蔽双功能石墨烯纸的方法。本发明制备的石墨烯纸不仅具有优异的电磁屏蔽性能，而且打破了质量密度定律，用较薄的石墨烯纸复合结构就能实现低频范围的有效声衰减，采用冷冻干燥等一系列手段制备了一种兼顾隔声及电磁屏蔽双功能石墨烯纸。为航空航天航海等军事领域，提供了重要的双屏蔽材料，具有重要的战略研究意义。

为解决上述技术问题，本发明中一种兼顾隔声及电磁屏蔽双功能石墨烯纸的制备方法是按照以下步骤进行的：

步骤一、将氧化石墨烯分散液直接冷冻干燥，冷冻干燥温度为-50～-10℃，冷冻干燥时间为8-72h，氧化石墨烯粉末；

步骤二、用肼类还原剂蒸汽对步骤一获得的氧化石墨烯粉末还原；