[發(fā)明專利]一種石墨烯/聚吡咯電磁屏蔽膜及其制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201510478775.4
• 申請日: 2015-08-06
• 公開（公告）號: CN105062064B
• 公開（公告）日: 2017-09-12
• 發(fā)明（設計）人: 劉紅宇;赫玉欣;臺玉萍;杜西剛;杜錦屏;張玉清
• 申請（專利權(quán)）人: 河南科技大學
• 主分類號: C08L79/04
• 分類號: C08L79/04;C08K3/04;C08G73/06;C08J5/18
• 代理公司: 鄭州睿信知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司41119
• 代理人: 牛愛周

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于聚合物石墨烯功能材料及其制備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種石墨烯/聚吡咯電磁屏蔽膜及其制備方法。

背景技術(shù)

隨著現(xiàn)代工業(yè)和電子技術(shù)的發(fā)展，電磁波輻射被認為是繼大氣污染、水污染、噪音污染之后的第四大公害。電磁屏蔽材料是通過消減或阻斷電磁輻射能量，從而限定電磁波的傳播空間，阻止電磁波的傳播與擴散的一類材料。傳統(tǒng)電磁屏蔽材料使用金屬或其復合材料。與傳統(tǒng)的金屬電磁屏蔽材料相比，碳材料作為填料的高分子復合材料在電磁屏蔽領(lǐng)域有著自己獨特的優(yōu)勢，包括重量輕、耐腐蝕、易加工、具有柔性以及可吸收頻率范圍廣。

石墨烯是繼碳納米管之后被發(fā)現(xiàn)的又一新型碳納米材料。石墨烯具有二維晶格結(jié)構(gòu)，平面中的碳原子以sp²雜化軌道相連組成六邊形晶格結(jié)構(gòu)，碳原子通過很強的σ鍵與相鄰的三個碳原子連接，C-C鍵使石墨烯具有很好的結(jié)構(gòu)剛性；剩余的一個p電子軌道垂直于石墨烯平面，與周圍的原子形成π鍵，π電子在晶格中離域化，使石墨烯具有超高的電子遷移率(～10000cm²V^-1s^-1)，此外，石墨烯還具有其他獨特的性質(zhì)，如高楊氏模量(～1TPa)，優(yōu)異的導熱性(3000～5000W m^-1K^-1)等。但這些優(yōu)異的性能是基于大面積無缺陷的石墨烯而言的，對于化學法制備的石墨烯來說，由于石墨烯存在氧化帶來的缺陷，其導電性能顯著下降。通過石墨烯和導電聚合物的復合從而提高復合材料的導電性和其他性能是科技工作者努力的方向之一。

含有共軛雙鍵的導電聚合物聚吡咯(PPy)，由于具有良好的導電性、合成簡單、環(huán)境穩(wěn)定性好等諸多優(yōu)點而日益受到人們的關(guān)注。專利CN102051048A公開了一種聚吡咯/石墨烯納米復合材料及其制備方法，其以乙醇為介質(zhì)，以對甲苯磺酸為表面活性劑，以聚乙二醇-400為相轉(zhuǎn)移催化劑，以三氯化鐵為引發(fā)劑，在超聲條件下，使吡咯單體原位聚合在石墨烯上，得到聚吡咯/石墨烯納米復合材料。該復合材料具有良好的熱穩(wěn)定性、導電性能及加工性能；但該體系較為復雜，不易得到純凈的樣品，產(chǎn)品的導電性容易受到影響。

專利CN102627768A公開了一種超級電容電極用石墨烯/聚吡咯納米復合材料的制備方法，包括：配制氧化石墨烯溶液；向氧化石墨烯溶液中滴加吡咯單體，在冰水浴中反應10～200min；加入過硫酸銨反應，清洗，烘干，得到石墨烯/聚吡咯納米復合材料；該方法具有節(jié)省時間，簡化流程，適合大規(guī)模生產(chǎn)的特點。但該方法中聚吡咯與氧化石墨烯的結(jié)合方式主要為氫鍵作用等物理方式，化學鍵合作用薄弱，容易使氧化石墨烯片層發(fā)生疊加，不利于其分散效果反而影響導電性和電磁屏蔽性的提高。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種石墨烯/聚吡咯電磁屏蔽膜，從而解決現(xiàn)有技術(shù)中，石墨烯片層易疊加，在基體中分散不均勻的技術(shù)問題，賦予石墨烯/聚吡咯電磁屏蔽膜良好的導電性和電磁屏蔽效果。

本發(fā)明的第二個目的是提供上述石墨烯/聚吡咯電磁屏蔽膜的制備方法。

為了實現(xiàn)以上目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：

一種石墨烯/聚吡咯電磁屏蔽膜，由包括以下步驟的方法制備而成：

1)將氧化石墨與水混合，超聲分散，得到氧化石墨烯分散液；將吡咯溶于乙醇和水混合液中，得到吡咯溶液；

2)將步驟1)所得吡咯溶液加入步驟1)所得氧化石墨烯分散液中，升溫至90～95℃反應8～24h，得混合物；其中，吡咯與氧化石墨烯的質(zhì)量比為95:5～70:30；

3)將步驟2)所得混合物冷卻至室溫，加入三氯化鐵，反應4～8h，抽濾得到膜層，干燥，即得。

石墨被強氧化劑氧化，氧原子進入到石墨層間，層面內(nèi)的π鍵斷裂，并以羧基、羥基、羰基、環(huán)氧等官能團的形式與密實的碳網(wǎng)面中的碳原子結(jié)合，形成氧化石墨。氧化石墨具有典型的準二維結(jié)構(gòu)，層內(nèi)以強共價鍵結(jié)合，層間則通過各種含氧基團以弱的氫鍵連接，這種結(jié)構(gòu)決定了氧化石墨可以與水等強極性溶劑發(fā)生水合作用，引起片層的溶脹或?qū)与x。

吡咯是一種C、N五元雜環(huán)分子，室溫下為無色油狀液體，微溶于水，無毒，在電場或氧化劑的作用下易被氧化，進而發(fā)生聚合反應生成高分子聚合物。吡咯的聚合過程屬于氧化偶合機理。首先吡咯單體失去一個電子被氧化為陽離子自由基；生成的陽離子自由基間發(fā)生加成性偶合反應，脫去兩個質(zhì)子后，生成比單體更易于氧化的二聚物；二聚物繼續(xù)被氧化成陽離子，與自由基或其他低聚的陽離子繼續(xù)其鏈式偶合反應，直至生成長鏈聚吡咯。