[发明专利]场致非线性导电复合材料制法、所制得的复合材料及应用

说明书

本发明公开了一种场致非线性导电复合材料制法、所制得的复合材料及应用，涉及非线性导电复合材料领域。步骤如下：取KH560、乙醇和去离子水，得溶液A；将GO加入溶液A中，75‑85℃反应3‑5h得悬浮液B；向悬浮液B加入碱使pH=10，加入水合肼，分散后，加热至85‑95℃反应5‑7h得悬浮液C，洗涤、抽滤，滤饼干燥得RKGO粉体；将RKGO粉体、环氧树脂E‑51和丙酮混合，得悬浮液D，75‑85℃反应至丙酮挥发完全冷却至45‑50℃，加入2‑乙基‑4‑甲基咪唑液体，反应，抽气泡后固化得复合材料；复合材料中RKGO填充质量分数为0.75%‑1.50%。该制法简单，成本低，反应时间短，易于大量制备；制得的复合材料质量轻、均匀性好、导电非线性系数高，可用于过电压防护、雷击浪涌保护、防静电以及自适应电磁脉冲防护领域。

技术领域

本发明涉及非线性导电复合材料领域，尤其是一种还原后的改性石墨烯/环氧树脂场致非线性导电复合材料制法、所制得的复合材料及应用。

背景技术

近些年来，大规模集成电路在军事电子信息设备上获得广泛使用，极大提升了电子系统和设备的信息化和智能化。与此同时，随着高功率微波等电磁脉冲武器（EMP）的不断发展和运用，致使空间的电磁环境越来越恶劣，电子系统和设备的电磁环境效应日益显著。因此，做好电磁防护工作是保证电子系统和设备发挥正常性能的关键。

电磁防护材料作为电磁威胁的有效屏障，是解决电磁防护的有效手段之一。传统的电磁防护材料是利用其对入射电磁波的吸收衰减或反射进而将电磁波与被保护的电子设备隔离开，从而达到电磁防护的目的。但这类材料对有用的和恶意的电磁信号都进行了屏蔽，使得电子设备与外界的正常联系受到了阻碍。因此，如何处理电子设备正常收发信号与过电压、雷击浪涌、静电放电以及强电磁脉冲防护攻击之间的矛盾成为了解决问题的关键。

国防科技大学刘培国等提出了一种能量选择表面结构（ESS），利用PIN二极管构建了能量选择表面并初步验证了电磁能量选择表面的有效性，但由于二极管材料自身存在响应时间慢、导通延迟等弊端，使其对于瞬间电磁脉冲难以实现有效防护。能量选择表面的本质是从材料层面实现电磁场诱导下的金属/绝缘相变，使其阻抗发生变化。从理论上看，要高效屏蔽电磁波需要低阻抗的材料，要高效透射电磁波则需要高阻抗的材料，这是2种完全不同的需求，要使一种材料同时满足2种需求，这种材料必须具有变阻抗的特性，即在低功率弱场安全电磁波照射下，处于高阻态，在高功率强场有害电磁波照射下突变为低阻态，此类材料属于智能材料范畴，具有自动感知外部环境信息并产生最佳响应功能的材料系统，我们通常称之为环境自适应智能电磁防护材料。对于快上升沿、窄带电磁脉冲而言，材料的相变响应时间必须不慢于脉冲持续时间才能确保防护性能的有效实施。

实际上，场致（或电致）电阻材料具备上述自适应电磁防护材料的变阻抗特性，即材料的电阻随电场（电压）或电流而产生剧烈的变化而呈现非线性导电特性。电场作用下聚合物基复合材料具有非线性导电特性，特别是在强电场作用下复合材料的非线性导电特征更加明显。对于填充型聚合物导电复合材料而言，填料（或者称为组分）的本征属性是影响材料宏观有效性能的关键因素。近些年来随着功能复合材料的发展，人们发现在一些聚合物材料中掺入适量的金属氧化物、纳米金属或合金粉末，会使这样的聚合物基纳米复合材料在电场诱导下具有非线性导电特性，其作为自适应智能电磁防护材料具有较好的应用前景。国内邹慰亲等较早研究了掺Al或Ag微粉的聚丙烯基和聚二氯乙烯基复合材料的导电开关特性，发现在某一电场阈值附近，复合材料的电阻值随外电场的变化而发生大幅度的变化，当掺入金属或合金微粒的种类、平均颗粒度、体积比不同时，对复合材料的导电开关特性具有较大的影响。华侨大学陈国华团队研究了环氧树脂/石墨纳米微片导电复合材料在电场作用下的非线性导电行为，发现复合体系的电导率对外加电场具有强的非线性，并对此体系的非线性导电行为给出了理论解释。