[發明專利]一種可壓縮的炭黑/木質衍生碳海綿及其制備方法

有效

• 申請號: 201911291915.1
• 申請日: 2019-12-16
• 公開（公告）號: CN111086979B
• 公開（公告）日: 2021-11-12
• 發明（設計）人: 劉曉芳;于榮海;李亞
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: C01B32/05
• 分類號: C01B32/05;C09K3/00
• 代理公司: 北京航智知識產權代理事務所(普通合伙) 11668
• 代理人: 陳磊;張楨

本發明公開了一種可壓縮的炭黑/木質衍生碳海綿及其制備方法，炭黑/木質衍生碳海綿為層狀可壓縮碳海綿，層間具有炭黑顆粒，對其進行壓縮，各層之間縫隙變窄，接觸面積增大，層間無法接觸的地方由于炭黑顆粒而產生接觸，從而增加導電通路，形成更多的導電網絡，大幅增加材料的電導性能，實現未壓縮前的透波到壓縮后的電磁屏蔽的轉變。上述炭黑/木質衍生碳海綿是一種全碳基的電磁屏蔽材料，密度低且壓縮性良好，通過壓縮可實現電磁波的透過75％以上和屏蔽99％以上的有效調節，達到原位調控電磁屏蔽性能，實現電磁屏蔽功能的有效控制，很好地滿足新型電磁屏蔽材料的要求。制備工藝簡單，便于大規模生產；原料選用天然木材，具有可再生性。

技術領域

本發明涉及電磁屏蔽技術領域，尤其涉及一種可壓縮的炭黑/木質衍生碳海綿及其制備方法。

背景技術

伴隨社會的進步、電子器件的全面普及，電磁輻射所帶來的危害日益加劇。電磁污染成為繼大氣污染、水污染及噪聲污染之后的又一環境污染問題，因此，需要研究能有效降低電磁輻射的電磁屏蔽材料。

電磁屏蔽在日常生活及軍事領域應用廣泛。傳統的電磁屏蔽材料多為金屬、導電高聚物和碳基復合材料，一般以噴涂方式直接涂覆于物體表面，或制備高電導率的泡沫、氣凝膠型的電磁屏蔽材料，具有良好、穩定的屏蔽性能。雖然傳統的電磁屏蔽材料的屏蔽性能穩定，但因其制備階段就已確定了材料的成分和比例，后期難以通過改變成分和比例進行電導率的改變，因此，無法對電磁屏蔽效能進行實時調控，難以通過屏蔽手段達到對電磁波的選取(透過或屏蔽)，從而限制了電磁屏蔽材料在特殊場景下的應用，無法滿足在航空航天、便攜式電子產品領域的應用要求。

近年來，人們研究的可壓縮的電磁屏蔽材料，其微觀結構和形貌均是多孔洞結構，對其進行壓縮只能增加單位體積內的電導介質含量，而導電導率的提升效果并沒有特別顯著，無法實現由透波到屏蔽的轉變。

發明內容

有鑒于此，本發明提供了一種可壓縮的炭黑/木質衍生碳海綿及其制備方法，用以實現電磁屏蔽功能的開關調節。

因此，本發明提供了一種可壓縮的炭黑/木質衍生碳海綿，包括多層堆疊的木質衍生碳層，相鄰兩層木質衍生碳層之間彼此相互粘連且存在縫隙，相鄰兩層木質衍生碳層之間添加有炭黑顆粒；

在沿著垂直于各層木質衍生碳層的方向壓縮炭黑/木質衍生碳海綿時，各層木質衍生碳層發生彈性形變，相鄰兩層木質衍生碳層之間的縫隙變窄，相鄰兩層木質衍生碳層的接觸面積增大，相鄰兩層木質衍生碳層未接觸的地方通過炭黑顆粒接觸，實現電磁屏蔽功能；在壓力去除時，各層木質衍生碳層因彈性回復重回初始狀態，相鄰兩層木質衍生碳層之間的縫隙變寬，相鄰兩層木質衍生碳層的接觸面積減小，實現透波功能；通過壓縮形變實現透波與電磁屏蔽的開關調控。

本發明還提供了一種可壓縮的炭黑/木質衍生碳海綿的制備方法，包括如下步驟：

S1：先后利用氫氧化鈉與次亞硫酸鈉的混合溶液和雙氧水溶液分別對天然木塊進行水熱反應，去除木塊中部分木質素和纖維素，對水熱反應后的木塊進行冷凍干燥處理，得到木質海綿；

S2：將酸化處理后的導電炭黑逐滴滴加于木質海綿中，并依次進行冷凍干燥處理和氬氣氣氛下的熱處理，得到炭黑/木質衍生碳海綿。

在一種可能的實現方式中，在本發明提供的上述可壓縮的炭黑/木質衍生碳海綿的制備方法中，步驟S1，先后利用氫氧化鈉與次亞硫酸鈉的混合溶液和雙氧水溶液分別對天然木塊進行水熱反應，去除木塊中部分木質素和纖維素，對水熱反應后的木塊進行冷凍干燥處理，得到木質海綿，具體包括如下步驟：

S11：將氫氧化鈉和次亞硫酸鈉溶解到去離子水中，攪拌5min～20min，得到氫氧化鈉與次亞硫酸鈉的混合溶液；

S12：將天然木塊放入氫氧化鈉與次亞硫酸鈉的混合溶液中，并轉移到反應釜中，在80℃～120℃溫度下進行水熱反應20h～30h；