聚合物基石墨烯復(fù)合材料的制備和電磁屏蔽性能研究.pdf

1、隨著電磁屏蔽材料在實(shí)際應(yīng)用中，輕質(zhì)高效等要求標(biāo)準(zhǔn)的不斷提升。相對(duì)于金屬基電磁屏蔽材料而言，聚合物基石墨烯復(fù)合材料在電磁屏蔽領(lǐng)域有許多優(yōu)點(diǎn)，例如密度小、耐腐蝕性好、易于加工成型、柔韌性好以及可控可調(diào)的電磁屏蔽性能等。由于石墨烯具有高電導(dǎo)率和特殊的二維層狀納米結(jié)構(gòu)，相互搭接易形成連續(xù)的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，在基礎(chǔ)研究和應(yīng)用研究領(lǐng)域，石墨烯及其改性衍生物，是性能優(yōu)異的電磁屏蔽功能化填料。
　　針對(duì)金屬基電磁屏蔽材料密度大和難以加工成型等缺點(diǎn)，本

2、文以不同層數(shù)的石墨烯和摻雜改性石墨烯為電磁屏蔽功能化填料，以輕質(zhì)的聚合物材料為基體，制備并探究了聚合物基石墨烯復(fù)合材料在超高頻(1-12 GHz)電磁屏蔽方面的應(yīng)用。不同層數(shù)的石墨烯在聚合物基體中形成連續(xù)的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)是聚合物基復(fù)合材料具備電磁屏蔽性能的重要條件。通過不同的合成方法有效調(diào)控不同層數(shù)石墨烯功能化填料在聚合物基體中的均勻分散以及形成連續(xù)的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，以達(dá)到預(yù)定的電磁屏蔽性能。通過對(duì)所得復(fù)合材料的導(dǎo)電性能、形貌結(jié)構(gòu)和電磁屏蔽

3、性能及熱性能進(jìn)行分析，探索聚合物基復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)特征和電磁屏蔽性能之間的聯(lián)系及其規(guī)律，探究不同層數(shù)石墨烯對(duì)聚合物基復(fù)合材料電磁屏蔽性能的影響，以及該類復(fù)合材料的簡(jiǎn)便有效的制備方法。本文的研究?jī)?nèi)容具體如下:
　　(1)采用原位化學(xué)還原方法，以水性聚氨酯(WPU)為聚合物基體，以二乙烯三胺(DETA)為還原劑和氮摻雜劑，在水相體系中對(duì)氧化石墨烯(GO)進(jìn)行原位化學(xué)還原，成功制備了氮摻雜石墨烯/水性聚氨酯(NRGO/WPU)復(fù)合材料。研

4、究結(jié)果表明:DETA對(duì)GO實(shí)現(xiàn)了同步的化學(xué)還原和氮摻雜功能化;NRGO在WPU基體中分布均勻，并形成了連續(xù)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu);隨著NRGO含量的增加，復(fù)合材料的導(dǎo)電性能和電磁屏蔽性能有明顯增強(qiáng);當(dāng)NRGO含量達(dá)到12 wt％時(shí)，復(fù)合材料的電導(dǎo)率達(dá)到0.08 S/cm，同時(shí)對(duì)應(yīng)的電磁屏蔽性能達(dá)到28.3 dB。此外，NRGO/WPU復(fù)合材料具有良好的熱穩(wěn)定性能。
　　(2)采用水蒸汽誘導(dǎo)相分離(WVIPS)方法，以聚偏氟乙烯(PVDF)為聚

5、合物基體，以少層石墨烯(FGS)為電磁屏蔽功能化填料，成功制備了少層石墨烯/聚偏氟乙烯(FGS/PVDF)復(fù)合材料。研究結(jié)果表明:利用WVIPS方法實(shí)現(xiàn)了FGS在PVDF基體中的均勻分布以及形成連續(xù)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu);隨著FGS含量的增加，復(fù)合材料的導(dǎo)電性能和電磁屏蔽性能有明顯增強(qiáng)。當(dāng)FGS含量達(dá)到15 wt％時(shí)，復(fù)合材料的電導(dǎo)率達(dá)到1.68 S/cm，同時(shí)對(duì)應(yīng)的電磁屏蔽性能(10 GHz)達(dá)到45.6 dB。FGS/PVDF復(fù)合材料具有良好的

6、熱穩(wěn)定性能。此外，WVIPS技術(shù)是一種簡(jiǎn)便、新穎、有效的制備FGS/PVDF復(fù)合材料的方法，也可用于FGS與其他聚合物基體復(fù)合材料的制備。
　　(3)采用原位本體聚合方法，以有機(jī)硅橡膠(PDMS)為柔性聚合物基體，以工業(yè)級(jí)多層石墨烯(MGS)為電磁屏蔽功能化填料，成功制備了多層石墨烯/有機(jī)硅橡膠(MGS/PDMS)柔性復(fù)合材料。研究結(jié)果表明:MGS/PDMS復(fù)合材料具有良好的柔韌性;MGS在PDMS基體中具有良好的均勻分散性，并且