[发明专利]泡沫金属-石墨烯复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

    本发明属于复合材料领域，尤其涉及一种泡沫金属-石墨烯复合材料及其制备方法。

背景技术

当今社会随着各类电子产品的普及，使得不同波长和频率的电磁波充斥着各个空间，这些电磁波不仅严重干扰了电子产品的正常使用，导致计算机等仪器信息泄密，还危害着人体健康。因此提高电子产品电磁兼容性能，防止电磁波辐射污染，已成为当今世界刻不容缓的问题。

多孔泡沫金属因具有较轻质量，较高比表面积，较好的导热导电性而受到研究者的广泛关注，它有着金属的导电性，并且三维连通的多孔结构使得电磁波入射到孔洞中时产生多次反射和散射损耗，在一定波段内具有与实体金属板相当的电磁屏蔽效能。而目前国内对于多孔泡沫金属用于电磁屏蔽材料的研究较为缺乏，有必要对其进行系统的功能化应用研究。自2004年石墨烯由诺贝尔物理学奖得主Andre Geim和Kostya Novoselov 发现以来，其独特的结构和优异的性能引起了研究者的广泛关注，石墨烯是由碳原子以sp²杂化键合而成并按正六边形紧密排列成蜂窝状晶格的单层二维平面结构的碳质材料，其优良的电导率、热导率、高比表面积及力学性能使得石墨烯拥有巨大的应用潜力。其中由于石墨烯优良的导电性及高的介电常数，以及用化学方法制备的石墨烯特有的缺陷及官能团残留而产生的费米能级局域化态，这使得石墨烯对电磁波有吸收和衰减作用。因此石墨烯具有作为电磁屏蔽材料的应用潜力。而目前对于石墨烯应用于电磁屏蔽材料研究较少。尤其在特殊的应用场合，例如设备需要透气散热时，需要开孔散热，为了尽可能的减弱电磁波的泄漏，透气性的屏蔽材料便有了用武之地。

目前，一般采用金属网或蜂窝状截止波导窗来作为通风窗设计的基本类型。金属网作为二维的导电网络，其孔隙率大，吸波层短，屏蔽效果较低；而蜂窝状截止波导窗的屏蔽效果虽然较好，但其体积和重量较大，不方便安装携带。近年来对碳石墨烯与金属复合制备石墨烯金属复合材料研究逐渐增多，其制备方法包括利用化学气相沉积（CVD）在泡沫金属基底上直接生长石墨烯，或是制作石墨烯溶液通过喷涂方法附着在金属基底上。中国专利CN100577715C公开了一种由泡沫金属和高分子材料复合的电磁屏蔽高分子复合材料，形式上以泡沫金属表面涂覆，填充或自破碎填充为主，在频率为100KHz~1GHz范围内，展现出泡沫金属大表面积在吸波效能方面的优势。这给我们进一步在泡沫金属屏蔽的基础上改进屏蔽手法提高屏蔽效能提供了理论基础。中国专利CN102674321A和CN101831622B均公开了一类石墨烯泡沫及其化学气相沉积制备方法体系，所制得的材料是利用泡沫金属的三维骨架作为石墨烯的结构母体，而泡沫金属在制备过程中被除去，留下单独的石墨烯泡沫。相比本发明的复合材料，其制备方法上，相比于电泳方法，CVD方法价格昂贵、仪器操作复杂。

发明内容

本发明的目的在于提供一种泡沫金属-石墨烯复合材料及其制备方法，将具有轻质、高比表面积、高传导的泡沫金属与电学性能优异的石墨烯相结合制备泡沫金属-石墨烯复合材料。如图1所示，该复合材料三维连通的多孔结构使得电磁波入射到材料表面及内部时产生多次反射和散射损耗，直至被吸收，加之二者界面的协同效应使得该复合材料具有较高的电磁屏蔽效能。

一种泡沫金属-石墨烯复合材料，其特征在于包括泡沫金属基底和泡沫金属基底上的石墨烯膜层，所述复合材料是通过在泡沫金属基底层电泳沉积石墨烯的方法制备。

所述的泡沫金属-石墨烯复合材料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：（1）清洗泡沫金属基底，去除表面氧化物，水洗净吹干备用；（2）改性石墨烯：将石墨烯和电解质加入有机溶剂中，超声1~3h，得到电泳液，电泳液中石墨烯的浓度为0.1~0.6mg/ml，电泳液中电解质的质量是石墨烯的1~2倍；（3）电泳沉积：以泡沫金属基底为阴极，铂电极为阳极，置于电泳液中，阴阳两极间的平行距离为1~3cm，施加直流电压200~350V，1~50min后，取出阴极材料，干燥，得到泡沫金属-石墨烯复合材料。

所述的泡沫金属的金属为铜、镍、银、铁、铜合金、镍合金或铝合金中的一种或一种以上，且泡沫金属每英寸上孔数为20~110个。

电解质为阳离子型强电解质，选自硝酸钙、硝酸镁、硝酸铝、二甲基二烯丙基氯化铵和聚二烯二甲基氯化铵中一种或一种以上。

所述的有机溶剂选自甲醇和异丙醇中的一种或两种的混合。

有益效果