[发明专利]具有核壳结构的二维石墨烯包裹铜复合材料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种具有核壳结构的二维石墨烯包裹铜复合材料及其制备方法和应用，所述石墨烯包覆铜复合材料的结构为纳米铜颗粒由外层石墨烯包裹形成的核壳结构，所述石墨烯包覆铜复合材料通过静电吸附自组装法构建，石墨烯包覆铜后不仅可以避免铜颗粒氧化，保证复合材料本征的催化能力和导电性，也能控制金属粒子的膨胀/压缩，促进两种材料之间的协同作用从而显著提高复合材料整体性。具有核壳结构的二维石墨烯包裹铜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材料技术领域，特别是涉及一种具有核壳结构的二维石墨烯包裹铜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。然而，传统的电磁屏蔽材料,如金属由于密度大、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。

金属铜价格适中，且具有优异的导电性和一定的催化能力，被广泛的应用于电磁屏蔽材料中。然而，纳米铜在空气中极易发生氧化，生成氧化铜或者氧化亚铜，导致纳米铜的自身催化能力和导电性降低。核-壳结构被认为可有效保护“内核”，通过在铜颗粒表面包覆导电薄膜，即可避免铜与空气接触而发生氧化。然而，目前常用的包覆材料例如聚合物等往往会减小材料的催化性和导电性，同时这些材料物理及化学性能并不稳定。

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，而提供一种具有核壳结构的二维石墨烯包裹铜复合材料，石墨烯包覆铜后可以避免铜颗粒氧化。

本发明的另一方面，是提供所述石墨烯包覆铜复合材料的制备方法，用石墨烯作为包覆材料，通过静电吸附自组装法构建了一种核壳结构的石墨烯包覆铜复合材料。

本发明的另一方面，是提供所述石墨烯包覆铜复合材料在电磁屏蔽中的应用，所述石墨烯包覆铜复合材料具有良好的电磁屏蔽性能。

为实现本发明的目的所采用的技术方案是：

一种具有核壳结构的二维石墨烯包裹铜复合材料，纳米铜颗粒由外层石墨烯包裹形成核壳结构，纳米铜颗粒的直径为40-50nm，石墨烯材质的外壳层的厚度3-5nm，通过以下方法制备：

步骤1，制备氧化石墨烯-水分散液；

步骤2，制备表面修饰的铜颗粒：将纯铜粉均匀分散于水中，然后加入3-氨丙基三乙氧基硅烷中于40～80℃分散3-5h，再将获得混合悬浮密封，于100-200℃下保温12-36h，收集沉淀物并洗涤，得到表面修饰的铜颗粒；

步骤3，制备石墨烯包覆铜纳米复合材料：将步骤2得到的表面修饰的铜颗粒加入步骤1得到的氧化石墨烯-水分散液中并分散均匀，然后于40-80℃下加入还原剂次亚磷酸钠，分离固体产物清洗干燥，得到石墨烯包覆铜纳米复合材料，记作Cu@RGO。

在上述技术方案中，所述步骤1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中所述纯铜粉的质量份数与所述3-氨丙基三乙氧基硅烷的体积份数比为：(30-60)：(0.1-0.5)，质量份数的单位为mg，体积份数的单位为ml。

在上述技术方案中，步骤2中铜粉的质量与步骤1中氧化石墨烯的质量比为(30-60)：(0.2-0.6)。

本发明的另一方面，还包括所述石墨烯包覆铜复合材料在电磁屏蔽中的应用。