[發(fā)明專利]一種石墨烯/熱解碳/碳化硅電磁屏蔽復(fù)合材料及其制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010889813.6
• 申請(qǐng)日: 2020-08-28
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN111943705B
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-07-19
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 馮雷;何鑫;侯小江;鎖國(guó)權(quán);葉曉慧;張荔;楊艷玲;張喆
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 陜西科技大學(xué)
• 主分類號(hào): C04B35/80
• 分類號(hào): C04B35/80;C04B35/571;C04B35/524;H05K9/00
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責(zé)任公司 61200
• 代理人: 賀小停

本發(fā)明提供的一種石墨烯/熱解碳/碳化硅電磁屏蔽復(fù)合材料及其制備方法，包括以下步驟：步驟1，制備G海綿三維骨架；步驟2，利用先驅(qū)體浸漬裂解工藝對(duì)將步驟1中得到的G海綿三維骨架，按照PyC和SiC的先后順序進(jìn)行交替浸漬裂解，直至完全致密化，得到G/(PyC?SiC)_n電磁屏蔽復(fù)合材料；本發(fā)明制備的多層狀G/(PyC?SiC)n復(fù)合材料不僅具有高溫結(jié)構(gòu)材料的超高比強(qiáng)度，同時(shí)還兼具超強(qiáng)電磁屏蔽特性和超輕密度，在X波段的總電磁屏蔽效能(SET)在40dB以上，有望用于對(duì)抗設(shè)備結(jié)構(gòu)部件中。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及復(fù)合材料制備領(lǐng)域，特別涉及一種石墨烯/熱解碳/碳化硅電磁屏蔽復(fù)合材料及其制備方法。

背景技術(shù)

現(xiàn)代雷達(dá)電磁對(duì)抗技術(shù)的快速發(fā)展使得未來(lái)國(guó)防與戰(zhàn)爭(zhēng)面臨巨大的威脅，為對(duì)抗電磁干擾和偵察技術(shù)，發(fā)展電磁屏蔽和隱形吸波材料已成為現(xiàn)代國(guó)防軍事研究的重要方向。近年來(lái)，隨著我國(guó)航空航天及國(guó)防科技的快速發(fā)展，如新一代隱形飛機(jī)、雷達(dá)電子設(shè)備等，傳統(tǒng)電磁屏蔽和吸波材料已不能滿足現(xiàn)代國(guó)防的需求，結(jié)構(gòu)型電磁屏蔽和吸波材料已成為新型航空航天材料的發(fā)展方向。目前，結(jié)構(gòu)與功能一體化已成為當(dāng)今材料科學(xué)與技術(shù)發(fā)展的一個(gè)共性方向，更是新型航空航天用材料的必然發(fā)展趨勢(shì)。

石墨烯(Graphene，以下簡(jiǎn)稱G)是已知強(qiáng)度最高的材料之一，具有超輕比重、極大比表面積(2630m2/g)、極高石墨化度、超高力學(xué)性能(拉伸強(qiáng)度可達(dá)130GPa)等特性，同時(shí)還具有特殊的電子學(xué)性能、半整數(shù)量子霍爾效應(yīng)、彈道電子運(yùn)輸、光電性能等，是目前兼具結(jié)構(gòu)與功能為一體的“最強(qiáng)”二維納米材料。G海綿是基于G構(gòu)成的三維納米多孔超輕材料，具有超輕密度、高孔隙率、高比表面積、導(dǎo)電性好等特點(diǎn)，是一種良好的電磁屏蔽材料。碳化硅(SiC)具有比強(qiáng)度大、耐高溫、抗氧化性好、熱膨脹系數(shù)小，而且與熱解碳(PyC)有良好的物理相容性，還是一種寬帶隙半導(dǎo)體材料。

傳統(tǒng)碳系復(fù)合型電磁屏蔽材料主要是以石墨、炭黑、碳纖維等作為導(dǎo)電填料，其導(dǎo)電能力和電磁屏蔽能力都不能同金屬相提并論，而且其結(jié)構(gòu)力學(xué)性能較差；近年來(lái)，以G為代表的環(huán)境穩(wěn)定性好、導(dǎo)電性好、屏蔽效能高的新型電磁屏蔽材料已被多次報(bào)道，但其都不具備良好的結(jié)構(gòu)力學(xué)性能。以SiC為代表的航空航天用材料具有熱防護(hù)、耐磨損和結(jié)構(gòu)承載性能，但其電磁屏蔽效能較差。以G、SiC、PyC組成的復(fù)合材料具有輕質(zhì)、且兼具電磁屏蔽性能和超高結(jié)構(gòu)力學(xué)性能，是功能與結(jié)構(gòu)相結(jié)合的智能型屏蔽材料，國(guó)內(nèi)并未見(jiàn)報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種石墨烯/熱解碳/碳化硅電磁屏蔽復(fù)合材料及其制備方法，解決了現(xiàn)有的電磁屏蔽復(fù)合材料存在力學(xué)結(jié)構(gòu)性能差、不具備結(jié)構(gòu)與功能于一體的問(wèn)題。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：

本發(fā)明提供的一種石墨烯/熱解碳/碳化硅電磁屏蔽復(fù)合材料的制備方法，包括以下步驟：

步驟1，制備石墨烯海綿三維骨架；

步驟2，利用先驅(qū)體浸漬裂解工藝對(duì)將步驟1中得到的石墨烯海綿三維骨架按照PyC和SiC 的先后順序進(jìn)行交替浸漬裂解，直至完全致密化，得到G/(PyC-SiC)_n電磁屏蔽復(fù)合材料。

優(yōu)選地，步驟1中，制備石墨烯海綿三維骨架的具體方法是：

將氧化石墨烯進(jìn)行稀釋形成質(zhì)量濃度為(3～20)mg/mL的稀釋物；

對(duì)稀釋物進(jìn)行超聲均勻分散，得到氧化石墨烯/H₂O分散液；

將氧化石墨烯/H₂O分散液采用冷凍干燥法制備得到石墨烯海綿三維骨架。

優(yōu)選地，步驟2中，PyC浸漬先驅(qū)體為樹(shù)脂溶解于乙醇中所形成的樹(shù)脂的乙醇溶液，其中，樹(shù)脂的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為(10～50)％；浸漬裂解PyC的工藝條件是：