[發明專利]一種輕質高強纖維素納米晶/石墨烯復合薄膜及制備方法

在審

• 申請號: 202011214060.5
• 申請日: 2020-11-04
• 公開（公告）號: CN112500609A
• 公開（公告）日: 2021-03-16
• 發明（設計）人: 馬建鋒;金克霞;劉杏娥;江澤慧;尚莉莉;楊淑敏;田根林
• 申請（專利權）人: 國際竹藤中心
• 主分類號: C08L1/04
• 分類號: C08L1/04;C08K3/04;C08J5/18;H05K9/00;C01B32/184
• 代理公司: 北京盛凡智榮知識產權代理有限公司 11616
• 代理人: 汪麗麗

本發明涉及電磁屏蔽技術領域，公開了一種輕質高強纖維素納米晶/石墨烯復合電磁屏蔽薄膜及制備方法，將纖維素納米晶(CNC)溶液與氧化石墨烯(GO)溶液混合，攪拌均勻，超聲，得到分散均勻的CNC/GO混合溶液；通過成膜方法，干燥，得到CNC/GO薄膜；再使用還原劑還原，清洗表面殘留還原劑，機械壓縮，干燥，得到纖維素納米晶/石墨烯復合薄膜。本發明提供的電磁屏蔽薄膜具有超薄、疏水、柔性、力學強度高等特點，彌補了現有碳基電磁屏蔽材料力學強度差、厚度大的缺陷，在快速增長的柔性電子領域具有較大的應用潛力。

技術領域

本發明屬于電磁屏蔽技術領域，尤其涉及一種輕質高強纖維素納米晶/石墨烯復合薄膜及制備方法。

背景技術

在當今世界，隨著現代電子技術的飛速發展，電磁干擾和電磁輻射等問題因對精密電子設備和人體健康產生危害而引起了廣泛的關注。目前，應用最廣泛的金屬及金屬氧化物電磁屏蔽材料因其材料密度大、剛性大、易腐蝕，生產與加工難度大、價格昂貴等缺點，在實際應用中受到了很大限制，難以滿足當下對電磁屏蔽材料提出的輕量、小尺寸、可折疊等需求。與傳統的金屬電磁屏蔽材料相比，石墨烯作為一種新型的二維納米碳材料，具有極其優異的電學、力學和熱力學性能，這些優異的性能使得石墨烯在與高分子材料形成復合材料后具有極佳的作為電磁屏蔽材料的潛質，特別是在飛機、航空航天和快速增長的柔性電子等領域。

然而，石墨烯之間存在的較強的范德華力，限制了其作為電磁干擾屏蔽材料的應用。氧化石墨烯(GO)作為石墨烯最易獲得的前驅體，由于其潛在的導電性、高加工性和在水介質中良好的分散性，是制備上述材料的理想選擇。研究表明，5～33％的氧化石墨烯負載后再進行還原，可以使復合材料在X波段滿足商用電磁屏蔽材料要求(20dB)，然而2.5～60mm的樣品厚度使其無法用于便攜式設備(Yan et al,Advanced Functional Materials,2015,25(4):559-566；Shen et al,ACS Applied MaterialsInterfaces,2016,8(12):8050-8057；Wan et al,Carbon,2017:629-639)。另一方面，更高含量GO濃度的電磁屏蔽材料目前也有報道。例如，Shen等(Advanced Functional Materials,2014,24(28):4542-4548)和Kumar等(Carbon,2015:494-500)通過熱化學和化學還原方法分別制備了8.4μm和15μm厚的還原氧化石墨烯薄膜，其電磁屏蔽效能分別為20dB和15dB，但通過該方法制備的石墨烯薄膜的力學強度較差，大大限制了其實際應用。因此，制備超薄、同時具備較高的力學強度的電磁屏蔽材料，仍然是一個挑戰。

納米纖維素晶須(CNC)，具有可降解、可再生、生物相容性好等特點，近年來在電子及能源存儲行業逐漸引起學者們的興趣。CNC具有優異的力學強度，可明顯提高復合材料機械強度；同時，CNC表面含有大量羥基，具有較大的比表面積，在復合材料中可作為分散劑，改善材料的團聚問題及復合材料界面的結合性能。

通過上述分析，現有技術存在的問題及缺陷為：

(1)現有金屬及金屬氧化物電磁屏蔽材料因其材料密度大、剛性大、易腐蝕，生產與加工難度大、價格昂貴等缺點，在實際應用中受到了很大限制，難以滿足電磁屏蔽材料在航空航天、手提式電子產品、便攜式可穿戴電子設備等領域提出的輕量、小尺寸、可折疊的需求。

(2)現有大部分石墨烯基電磁屏蔽材料存在厚度大、力學強度差、石墨烯在內部分散不均勻的問題。

發明內容

本發明的目的在于針對現有技術存在的問題，提供一種輕質高強纖維素納米晶/石墨烯復合薄膜，該薄膜具有超薄、柔性、力學強度高的特性，在快速增長的柔性電子領域具有較大的應用潛力。

本發明的目的還在于提供一種輕質高強纖維素納米晶/石墨烯復合薄膜及制備方法，該方法以CNC同時作為增強體和分散劑，與二維片狀的氧化石墨烯(GO)通過層層自組裝形成三維有序的“磚-泥”層狀復合結構。