[发明专利]电磁屏蔽材料与其纳米复合材料及它们的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种电磁屏蔽材料与其纳米复合材料及它们的制备方法，具体涉及一种金属纳米粒子/石墨烯/碳纳米管三维网络结构的电磁屏蔽材料与其纳米复合材料及它们的制备方法，属于电磁屏蔽材料制备领域。

背景技术

随着科学技术与电子工业的高速发展，各种电子仪器设备在军事和民用领域的应用日益增多，电磁波引起的电磁干扰(EMI)成为一种新的社会公害。电磁波可以对电子仪器、设备造成干扰和破坏，影响其正常工作；电磁波会对人体造成伤害，严重损害人的身心健康；此外电磁波泄漏也会危及国家信息和军事核心机密的安全。为了有效控制并减少电磁污染对人类的危害，世界各国一方面制定了相应的法律法规，另一方面大力发展电磁屏蔽材料的研发工作。

碳系填料具有轻质、高导电、高强度、抗氧化性好等优点，被认为是极具应用前景的电磁屏蔽材料。相对于其他碳系材料，石墨烯具有更为优异的性能：如石墨烯具有优异的力学性能，是目前世界上最薄最坚硬的材料，其杨氏模量达到1TPa，强度130GPa；石墨烯具有优异的力学性能，热导率高达5300W/(m·K)；具有优异的电学性能，室温下电子迁移率达1.5×10⁴cm²/(V·s)，电导率达6000S/cm；其比表面积非常高，理论极限达2630m²/g；几乎是完全透明的，只吸收2.3％的光。此外，石墨烯具有室温量子霍尔效应及室温铁磁性等特殊性质。这些特性使得石墨烯可以突破传统碳系材料原有的局限，成为有效的新型电磁屏蔽材料，满足电磁屏蔽材料对“薄、轻、宽、强”的要求。因此，从军事和民用、现在与将来考虑，研制具有优异性能的石墨烯基电磁屏蔽材料，都有重要的经济效益和价值。

材料对电磁波的屏蔽作用主要是通过吸收损耗和反射损耗来实现的。对于石墨烯，它的电磁屏蔽作用主要包括吸收损耗和反射损耗，在实际使用中具有一定的局限性。为了进一步提高它的电磁损耗特性，扩展其响应的频段范围，科学家们通常在石墨烯材料表面负载磁性金属纳米粒子(Fe、Co、Ni)，从而通过增加材料磁损耗的方式来提高石墨烯材料的电磁损耗特性。此外，二维结构的石墨烯片层之间因存在强烈的范德华作用力而极易堆叠，进而影响了材料的电磁屏蔽性能。通过向体系中引入一维结构的碳纳米管(CNTs)来构建具有三维网络结构的石墨烯/碳纳米管纳米复合材料，可以有效的弥补单独使用二维石墨烯的缺陷。碳纳米管与石墨烯形成的纳米复合材料可充分发挥二者的性能优势。一方面，石墨烯可为碳纳米管提供支撑的平台，进而利于碳纳米管电子传输通道的形成。另一方面，碳纳米管可以阻止石墨烯片层间的堆叠，增大材料的比表面积，还可以减小由于石墨烯片层上的缺陷对材料导电性能的影响，增强材料的电损耗特性。由此可见，若将金属纳米粒子、石墨烯、碳纳米管三者有机结合起来，构建出具有三维网络结构的材料具有更为优异的性能，可以为高性能电磁屏蔽材料的应用提供更为广阔的空间。但目前三维网络结构的金属纳米粒子/石墨烯/碳纳米管纳米复合材料的制备多采用工艺复杂的气相沉积法或条件苛刻(高温高压)的水/溶剂热法，并不适合规模化的生产，因此需要建立操作简单、反应条件温和的制备三维网络结构的金属纳米粒子/石墨烯/碳纳米管电磁屏蔽材料的方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种电磁屏蔽材料与其纳米复合材料及它们的制备方法，本发明提供的制备方法具有简单、低成本、适合宏量制备的特点。

本发明提供的电磁屏蔽材料的制备方法，包括如下步骤：

1)将氧化石墨烯和碳纳米管均匀分散于溶剂Ⅰ中并进行超声剥离处理，得到氧化石墨烯/碳纳米管混合溶液；

2)向所述氧化石墨烯/碳纳米管混合溶液中加入金属盐的水溶液和表面活性剂，得到金属盐/氧化石墨烯/碳纳米管混合溶液；

3)用γ射线或电子束对所述金属盐/氧化石墨烯/碳纳米管混合溶液进行辐照处理，得到所述电磁屏蔽材料。

上述的制备方法中，步骤1)中，所述氧化石墨烯/碳纳米管混合溶液中，所述氧化石墨烯的浓度可为0.1～4mg/mL，所述碳纳米管的浓度可为0.1～4mg/mL；

所述碳纳米管可为单壁纳米管或多壁碳纳米管，所述单壁纳米管的直径可为1～4nm，长度可为0.5～30μm，所述多壁碳纳米管的直径可为10～40nm，长度可为10～30μm，具体可为羟基化碳纳米管或羧基化碳纳米管，所述羟基化碳纳米管具体可选择南京先丰纳米材料科技有限公司的编号为XF021的产品，所述羧基化碳纳米管具体可选择南京先丰纳米材料科技有限公司的编号为XF022的产品；