[发明专利]一种石墨烯复合材料及其制备方法和应用

说明书

本发明提供一种石墨烯复合材料及其制备方法和应用，本发明的石墨烯复合材料具有碳包覆中空二氧化硅球的球状空腔和石墨烯层间的层状空腔，使其具备较高的电磁吸收性能，二氧化硅@碳连通了石墨烯层间，构建了三维导热网络，使得复合物具有较好的导热性能。本发明石墨烯复合材料的制备方法操作简单，无需特殊仪器设备，制备出的石墨烯复合材料导热系数高、电磁吸收高、电磁反射低。

技术领域

本发明属于材料技术领域，尤其涉及一种石墨烯复合材料及其制备方法和应用。

背景技术

随着5G、人工智能等领域的快速发展，小型化、智能化、高功率化电子设备的数量激增，万物互联时代开始来临，对材料的复合性能提出了更高的要求。其中材料的电磁屏蔽和导热性能最为重要。电磁辐射被认为是继水污染、噪音污染、空气污染的第四大公害，电磁屏蔽材料的性能一旦跟不上电子设备的发展速度，将会引发信号干扰、信息泄露、危害健康等问题，并严重阻碍5G、人工智能等领域的发展。同时，如果电子设备越来越小型化和高功率化，如果不能及时散热，设备的寿命和效率就会降低，甚至出现故障。因此，研发出具有更好电磁屏蔽和高导热性能的材料具有重要意义。

发明内容

本发明旨在至少解决上述现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明第一个方面提出一种石墨烯复合材料，其具备导热系数高、电磁吸收高、电磁反射低等性能。

本发明的第二个方面提出了一种上述石墨烯复合材料的制备方法。

本发明的第三个方面提出了一种上述石墨烯复合材料的应用。

根据本发明的第一个方面，提出了一种石墨烯复合材料，包括：

还原氧化石墨烯，所述还原氧化石墨烯为层状还原氧化石墨烯，具有片层结构；

单质碳，所述单质碳包覆有中空二氧化硅球，形成碳包覆的中空二氧化硅球，所述碳包覆的中空二氧化硅连通所述层状还原氧化石墨烯的片层结构。

本发明中，利用刚性、低介电常数的中空二氧化硅球充当骨架构建空腔，并采用碳包覆中空二氧化硅球作为连通层状还原氧化石墨烯片层结构的插层结构，得到石墨烯层间的层状空腔，从而通过空腔内部的反射来保持高的电磁吸收性能，并通过提供与空气的阻抗匹配来实现电磁反射的降低；采用碳包覆中空二氧化硅球连通层状还原氧化石墨烯片层结构所制得的石墨烯复合材料还具备三维导热结构，使其具有较好导热性能。

在本发明的一些实施方式中，所述碳包覆中空二氧化硅球与所述还原氧化石墨烯的质量比为15：2～1：4。

在本发明的一些优选的实施方式中，所述中空二氧化硅球的粒径为20nm～100nm，中空二氧化硅球的粒径过大，难以与氧化石墨烯形成有效的自组装结构，过小会使得中空二氧化硅球之间交联过多，产生自行团聚。

根据本发明的第二个方面，提出了一种石墨烯复合材料的制备方法，包括如下步骤：

S1：在中空二氧化硅球分散液中加入多巴胺溶液，搅拌制得二氧化硅@聚多巴胺溶液；

S2：在S1制得的二氧化硅@聚多巴胺溶液中加入氧化石墨烯水溶液，加酸调节pH至小于或等于2.5，搅拌后抽滤，得滤饼；

S3：将滤饼在惰性环境中煅烧，制得石墨烯复合材料。