[发明专利]表面负载铜纳米粒子的二维石墨烯复合材料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种表面负载铜纳米粒子的二维石墨烯复合材料及其制备方法和应用，通过溶液共混法将二维石墨烯负载铜纳米复合材料，简称RGO/Cu作为导电填料填充在聚环氧乙烷(PEO)中获得RGO/Cu/PEO电磁屏蔽复合材料。该复合材料的制备方法是用分子级混合法解决石墨烯易于团聚的问题，在氧化石墨烯表面原位还原铜纳米粒子，合成石墨烯负载铜纳米复合材料。再以石墨烯/铜纳米复合材料为填充填料，PEO作为聚合物基体，通过溶液共混法实现两者混合。随着RGO/Cu填充量的增加，其在PEO内部中的富集密度也不断增加，其作为分散相在高分子材料中相互接触可形成导电网络，使得石墨烯复合材料拥有优异的电磁屏蔽性能。

技术领域

本发明涉及电磁屏蔽技术领域，特别是涉及一种表面负载铜纳米粒子的二维石墨烯复合材料及其制备方法和应用。

背景技术

随着电子产品的大面积普及以及通讯行业的快速发展，电磁污染现象受到了越来越多的重视，而采用屏蔽材料对辐射波进行控制是目前最有效的方法。传统的电磁屏蔽材料为金属材料,如铜、铝、钢等金属制品。但是传统的电磁屏蔽材料，由于密度大、加工难度高、抗腐蚀性差等缺陷，已难以满足许多工程领域的要求，因此开发新型电磁屏蔽材料具有重大的实际意义。

高分子材料具有力学性能好、重量轻、耐腐蚀等特点，在很多领域开始逐步替代一些传统材料。将具有优良导电性能的导电填料填充到聚合物基体中形成高分子基导电复合材料,是探索新型电磁屏蔽材料的一种方法。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术中存在的技术缺陷，而提供一种表面负载铜纳米粒子的二维石墨烯复合材料,其具有良好的强度、韧性、抗疲劳性、各向同性、导电性、耐腐蚀性以及对电磁波的屏蔽性能。

本发明的另一方面是提供所述表面负载铜纳米粒子的二维石墨烯复合材料的制备方法，步骤简单，便于工业化推广应用。

本发明的另一方面，是提供表面负载铜纳米粒子的二维石墨烯复合材料在电磁屏蔽材料中的应用。所述聚环氧乙烷/二维石墨烯负载铜纳米复合材料的电磁屏蔽效能为2.5-6dB。

为实现本发明的目的所采用的技术方案是：

一种表面负载铜纳米粒子的二维石墨烯复合材料，包括石墨烯以及分散在所述石墨烯基材表面的铜纳米粒子，所述铜纳米粒子的直径为5-15nm，通过在氧化石墨烯表面原位还原铜纳米粒子合成，具体的合成步骤如下：

步骤1，将氧化石墨烯均匀分散于水中，得到GO溶液；

步骤2，将带正电的氧化石墨烯与带负电的金属粒子以分子级水平混合：将再活化剂、硼酸、柠檬酸及硫酸铜均匀分散于水中，与GO溶液混合后，升温至30-50℃分散2-3h,然后继续升温至60-90℃，加入还原剂后，继续分散0.5-2h,静置分离干燥，得到二维石墨烯负载铜纳米离子材料。

在上述技术方案中，所述二维石墨烯负载铜纳米离子材料中石墨烯与铜的质量比为(30-60)：(0.2-0.6)。

在上述技术方案中，所述步骤1中GO溶液中氧化石墨烯的浓度为0.2-0.6mg/ml。

在上述技术方案中，所述步骤2中，再活化剂为硫酸镍，所述再活化剂、硼酸、柠檬酸及硫酸铜的质量比为(0.7～1.1)：(20～40)：(10～30)：(150-250)。

在上述技术方案中，所述步骤2中，静置时间为12～24小时，干燥为真空干燥，干燥温度为40～60℃，干燥时间为12～24小时。

本发明的另一方面，还包括所述表面负载铜纳米粒子的二维石墨烯复合材料在电磁屏蔽中的应用。

本发明的另一方面，还包括聚环氧乙烷/二维石墨烯负载铜纳米复合材料，将所述二维石墨烯负载铜纳米离子材料作为填充填料，聚环氧乙烷作为聚合物基体，通过溶液共混法得到聚环氧乙烷/二维石墨烯负载铜纳米复合材料。