[发明专利]一种石墨烯纳米片/纤维素气凝胶复合材料的制备方法

说明书

本发明公开了一种石墨烯纳米片/纤维素气凝胶复合材料的制备方法，具体为：首先，将石墨烯纳米片加入到去离子水中，超声分散，形成石墨烯纳米片溶液；再将纤维素气凝胶浸入石墨烯纳米片溶液中，超声分散，烘干，得到石墨烯纳米片/纤维素气凝胶；最后将石墨烯纳米片/纤维素气凝胶浸泡在聚偏二氟乙烯/N’N二甲基甲酰胺溶液中，固化，热压，得到石墨烯纳米片/纤维素气凝胶复合材料。通过多孔结构的纤维素气凝胶和层状结构的石墨烯结合，得到了包含导电网络的三维多层结构，得到了低的填料含量、低的厚度、高的电磁屏蔽性能的复合材料。与此同时，制备方法简便可行，具有较低的生产成本，易于批量化生产。

技术领域

本发明属于复合材料制备技术领域，具体涉及一种石墨烯纳米片/纤维素气凝胶复合材料的制备方法。

背景技术

无线网络，便携式数字硬件和通信设施的蓬勃发展和普遍采用极大地促进了人们生活水平的提高，但是，不可避免的电磁干扰辐射已提高到前所未有的水平，不仅干扰附近电子设备的正常功能，而且会对人体健康造成不可估量的损害。因此，电子设备和人类都迫切需要高效的电磁干扰屏蔽材料，以避免这些不良干扰信号。作为常规金属替代品的电磁干扰屏蔽导电聚合物复合材料由于具有易加工，耐腐蚀，成本低和可调性等特点而受到越来越多的关注。然而，一般通过获得高的纳米填料负载量和厚度来实现优异的电磁干扰屏蔽效果，会不可避免地导致加工性能差，经济适用性差以及填料的严重凝集，从而极大地阻碍了导电聚合物复合材料的发展和适用性。

研究已经证明，导电填料的分散状态是制备高性能导电聚合物复合材料屏蔽性能的决定性因素。为了解决填料聚集的问题，集中研究了设计预形成的三维互连多孔结构从而用于制备功能性复合材料。随着能源和环境问题变得越来越严峻，生物质聚合物材料由于其生物降解性，无毒和可再生性质，预计将被研究用作今后的电磁干扰屏蔽材料。具有3D多孔结构的纤维素气凝胶，是地球上最丰富的天然聚合物，也是重要的纤维素产品之一，也被用作构建功能性复合材料的载体。纤维素气凝胶具有比表面积大，低密度，高孔隙率和丰富的表面羟基等特点，这为与良好分散的有机和无机客体物质整合以开发新型功能复合材料提供了便利。尽管已投入大量精力来开发基于多孔材料的电磁干扰屏蔽材料，但由于导电填料通常包裹在细胞壁上，使得具有开孔结构的复合材料不能满足实际应用的严格要求。大多数骨架未被包裹，散射和反射电磁波的空间有限，还容易发生电磁波泄漏，从而导致电磁干扰屏蔽性能较弱。

就改善复合材料的电磁干扰屏蔽性能而言，使导电填料彼此接触并尽可能地排列是公认的制造高性能导电复合材料的最有希望的方法之一。近来，已经证实多层膜的导电填料的取向分布可以大大提高效率来构建优良的电子传输路径，从而增强导电性和电磁干扰屏蔽性能。多层导电聚合物主要是通过逐层浇铸的方法制造的，可有意调节填料的分散性，或者将均匀的具有固定阻抗匹配的材料简单地层压在一起。尽管这些材料具有出色的电磁干扰屏蔽性能，但仍存在一些缺点，例如制备过程复杂和界面粘合性差，从而大大阻碍了其大规模生产，并极大地牺牲了它们的适用性。因此，通过现有的材料设计策略同时克服这些缺点是极具挑战性的。

发明内容

本发明的目的是提供一种石墨烯纳米片/纤维素气凝胶复合材料的制备方法，解决了现有复合材料界面粘合性差、电磁屏蔽性能低的问题。

本发明所采用的技术方案是，一种石墨烯纳米片/纤维素气凝胶复合材料的制备方法，具体按照以下步骤实施：

步骤1、将石墨烯纳米片加入到去离子水中，超声分散1-1.5h，形成质量浓度为1wt％的石墨烯纳米片溶液；

步骤2、将纤维素气凝胶浸入石墨烯纳米片溶液中，超声分散5-45min，之后在放入烘箱中烘干，得到石墨烯纳米片/纤维素气凝胶；

步骤3、将石墨烯纳米片/纤维素气凝胶浸泡在聚偏二氟乙烯/N’N二甲基甲酰胺溶液中，固化，热压，得到石墨烯纳米片/纤维素气凝胶复合材料。

本发明的特点还在于，

步骤2中，烘干温度为60-80℃，烘干时间为30-50min。