[发明专利]一种分等级碳纤维‑石墨烯基贝壳层状仿生电磁屏蔽膜的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及电磁屏蔽材料，特别是涉及一种分等级碳纤维-石墨烯基贝壳层状仿生电磁屏蔽膜的制备方法。

背景技术

随着电子信息工业的高速发展，尤其诸如新型通讯卫星、合成孔径雷达和超宽带雷达等多频、宽带和高能电子设备等的出现，环境电磁污染日益严重。这种电子元件对外界的干扰(EMI, Electromagnetic Interference)不但会导致电子器件的非正常运转，影响甚至破坏军事设备的敏感器件，因而威胁到国家安全，而且也会对人类健康造成影响。电磁污染被认为是继水污染、空气污染、噪声污染后的第四大污染。传统的电磁屏蔽材料如铁氧体、磁性金属、陶瓷或其复合物，普遍存在密度高、易腐蚀、频带窄等缺点，严重影响其在航空、航天、电动汽车、便携式电子设备等领域的应用。碳基导电聚合物具有质轻、耐腐蚀、柔韧性好及易加工成型等优点，是传统屏蔽材料的理想替代者。

石墨烯以其导电性好、热导率高、力学性能优异和低密度等特性，被认为非常适合用作电磁防护材料，进而引起了人们广泛的关注。但是，完美的石墨烯因其面内的sp²杂化结构，所以在溶液中易发生堆叠且难以溶剂化，这一属性影响了界面阻抗匹配，限制了电损耗。同时，磁性材料(如γ-Fe₂O₃、Fe3O4等)由于具有较高的磁损耗，广泛的应用于电磁屏蔽和吸波材料领域。许多学者通过掺入其它损耗相来提高材料的性能。研究证实，由于电损耗和磁损耗的共同作用，负载有磁性粒子的石墨烯比单相石墨烯的电磁屏蔽效能更好。作为石墨烯的前驱物，氧化剥离制备的氧化石墨烯，即Graphene Oxide，其缩写为GO，虽然在力学等性能上逊于完美的石墨烯，但它具有优良的溶液分散性，更强的且片间作用力以及与聚合物的界面相互作用力。由于比表面积大且存在大量的活性部位(包括缺陷、羟基、羧基和环氧基等)，GO也是承载其他纳米粒子的理想基体。而且，GO可在化学还原和热还原下恢复石墨烯的简单结构，重新获得其导电导热等多种性能。

采用液相法组装而成的GO薄膜结构力学性能优异。但由于片层间声子的散射以及氧官能团和缺陷对电子传导的阻碍，GO薄膜的热导率和电导率并不高。尽管化学还原和热还原处理GO可以恢复导电性，但分解官能团时会造成层间杂乱膨胀，降低力学性能，使得薄膜变脆且不易后续加工处理。另外，热压处理薄膜虽能够促使片层整齐有序，却不可避免的增加电子和声子转移的层间干扰，抑制材料的性能表现。因此，如何实现石墨烯层状材料的力学性能(包括强度和柔性)不妥协于其功能性仍然是一个巨大的挑战。生物组织和材料在数亿年的进化中找到了合理的结构和成分，来实现高模量、强度和韧性、轻质的性能。贝壳珍珠母是其中的优秀代表，它由约95%体积的片状碳酸钙粒子(约0.5μm)与约5%的柔性生物大分子(20~50 nm)交替排列形成。这种经典的“砖-灰”结构带来了良好的力学性能，其拉伸强度约70~180MPa，模量约10~80GPa。贝壳复杂的多级结构，包括矿物桥，多边形晶粒，纳米突起、塑形弯曲，裂缝偏转等，展现了自然的智慧和精巧，极大地启发了人们对于高性能材料的设计和构筑。长久以来，仿生被认为是设计和制备具有特定高性能人工材料的一条捷径。对贝壳的研究极大地丰富了人们对于层状材料和复合材料的认识。

发明内容

本发明的目的在于提供一种分等级碳纤维-石墨烯基贝壳层状仿生电磁屏蔽膜的制备方法。

采用本发明的技术方案如下：

本发明所述方法包括以下步骤：

（1）将氧化石墨烯加入到去离子水a中，经超声搅拌后得到分散均匀的氧化石墨烯水的溶液A，其中所述氧化石墨烯和去离子水a的质量比为1:100-1000；

（2）将葡萄糖和质量百分数为25%-28%的氨水溶液加入到步骤(1)所述的溶液A中，搅拌后得到混合溶液B，其原料质量份数为：氧化石墨烯1份，葡萄糖0.5-2份，质量百分数为25%-28%的氨水溶液5-15份；

（3）将NaOH和FeCl₂·4H₂O加入到去离子水b和乙醇的混合溶液中，其原料质量份数为： NaOH 1份， FeCl₂·4H₂O 4-8份，去离子水b 200-300份，乙醇200-300份，搅拌均匀后得到混合溶液C；