[发明专利]一种电磁屏蔽材料及其制备方法和用途

说明书

本发明提供了一种电磁屏蔽材料及其制备方法和用途，所述电磁屏蔽材料包括聚合物基体以及分散在聚合物基体中的石墨烯‑生物炭复合填料，所述石墨烯‑生物炭复合填料由生物炭和包覆于生物炭表面的石墨烯构成，本发明得到的电磁屏蔽材料中石墨烯的层数可为单层，其电导率可达50S/m，且对于8～12GHz的电磁波屏蔽效能可达50dB左右，本发明得到的电磁屏蔽材料中石墨烯的含量较低，相比于使用纯石墨烯作为填料的电磁屏蔽材料低一个数量级以上，极大的降低了生产成本，本发明得到的石墨烯‑生物炭复合填料制备方法简便、通用性强，适合大规模推广使用。

技术领域

本发明属于复合材料领域，尤其涉及一种电磁屏蔽材料及其制备方法和用途。

背景技术

随着科技的高速发展，电子通讯设备和便携式电子产品等给人们的生活带来极大的便利，同时，也产生了电磁污染、电磁干扰、电磁泄密等问题，尤其是对于一些高精度的电子设备的正常工作会产生较大的影响。为了屏蔽电磁辐射的影响，最有效的手段便是开发高性能的电磁屏蔽材料来缓解和消除电磁波。目前，除了使用厚重的金属材料作为电磁屏蔽材料以外，利用石墨烯、碳纳米管、碳纤维等导电材料与聚合物共混制备得到的聚合物复合材料具有良好的电磁屏蔽效果；而且，聚合物基复合材料同时还具有质量轻、加工性能优异、防腐性能良好、性能可调等优点，可作为传统金属基电磁屏蔽材料的潜在替代品。

虽然，二维平面结构的石墨烯材料已经被很多实验证明其具有诸多优异的性能，如优异的导电性能、力学性能、低密度、表面积较大、高长径比等，可以突破传统材料的局限，满足电磁屏蔽材料“薄、轻、宽、强”等现实要求的能力，是电磁屏蔽复合材料的理想填料。然而，为了达到商业化的应用要求(电磁屏蔽效能≥20dB)，石墨烯基电磁屏蔽复合材料的电导率通常需要达到1S/m以上。为了实现如此高的电导率和电磁屏蔽效能，石墨烯基电磁屏蔽复合材料中往往需要添加大量石墨烯材料，或者通过将石墨烯填料制成泡沫结构、隔离结构等结构，进而优化石墨烯在复合材料中的分散来提高导电性。在采取了诸多措施后，大多数电磁屏蔽复合材料中石墨烯的用量依然超过了10％(重量百分数)，而且，其中采用的发泡过程和隔离结构工艺复杂，对于制造成本影响较大。较高的石墨烯用量也极大地增加了石墨烯基复合材料的制备成本，成为限制石墨烯基电磁屏蔽复合材料应用的关键难点。

复合材料中的石墨烯远未表现出石墨烯材料的本征高导电性，其本质原因在于石墨烯在还原过程中由于分子间作用力较易发生片层堆垛，而且，具有高比表面积和较少官能团的石墨烯材料在聚合物基体内易发生团聚，最终导致复合材料中石墨烯的用量较高，因此，为了最大化发挥出石墨烯材料的导电性并降低其用量，理论上通过将石墨烯类材料与生物炭配合，利用生物炭材料质量轻、电导率高、比表面积大、孔隙结构丰富、化学性质稳定等优点实现生物炭与石墨烯的结合，能够有效抑制石墨烯堆垛和团聚，提高石墨烯在聚合物中的分散，进而作为优异填料制备电磁屏蔽材料。例如，CN106519522A中公开了一种宽频电磁屏蔽材料，按重量百分比包括丙烯酸树脂85～95％、钛酸酯偶联剂2～10％、碳纳米管0.5～10％和氨基化氧化石墨烯增强的活性炭0.5～5％，虽然其获得了较好的电磁屏蔽效能和较低的石墨烯材料加入量，然而，其仍然选用了昂贵的碳纳米管且对氧化石墨烯进行了改性，制备过程中加入具有毒性的助剂和有机溶剂，相应地，得到的产品成本较高、工艺复杂、污染大，商业化前景较低。

在现有技术的基础上，本领域的技术人员需要进一步改进电磁屏蔽材料中各个组分的种类、含量、配比以及电磁屏蔽材料的制备方法，解决电磁屏蔽材料中石墨烯用量大、生产成本高、制备工艺复杂等问题。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种具有优异屏蔽性能的电磁屏蔽材料及其制备方法和用途，同时降低传统电磁屏蔽材料中石墨烯组分的含量，解决传统电磁屏蔽材料生产成本高、制备工艺复杂等问题。

为达此目的，本发明的目的之一在于提供一种电磁屏蔽材料，所述电磁屏蔽材料包括聚合物基体以及分散在聚合物基体中的石墨烯-生物炭复合填料。