[發(fā)明專利]一種木質素/還原氧化石墨烯碳氣凝膠電磁屏蔽材料及其制備方法與應用

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• 申請日: 2021-01-12
• 公開（公告）號: CN112919445A
• 公開（公告）日: 2021-06-08
• 發(fā)明（設計）人: 邱學青;劉華章;錢勇;楊東杰;樓宏銘;易聰華
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: C01B32/05
• 分類號: C01B32/05;C01B32/19;C01B32/194;H05K9/00
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司 44245
• 代理人: 殷妹

本發(fā)明公開了一種木質素/還原氧化石墨烯碳氣凝膠電磁屏蔽材料及其制備方法與應用。本發(fā)明以碳化后的木質素為導電骨架，提高極化損耗、電導損耗，引入氧化石墨烯為導電填料，通過超聲空化、氧化還原、冷凍干燥以及高溫碳化處理的方法構建了具有能夠抗體積收縮、定向孔道網(wǎng)絡結構的復合碳氣凝膠，實現(xiàn)了具有高電磁屏蔽效能、低密度和高導電性疏水電磁屏蔽材料的制備。本發(fā)明原料來源廣泛、綠色環(huán)保，溶劑體系無毒、價廉，材料制備過程簡單，生產成本低。本發(fā)明所得具有寬頻率和高效率電磁屏蔽材料，在軍事裝備、航天航空、微波暗室、電磁信息泄露防護、便攜式移動設備等方面有非常廣泛的應用。

技術領域

本發(fā)明屬于電磁屏蔽材料領域，具體涉及一種木質素/還原氧化石墨烯碳氣凝膠電磁屏蔽材料及其制備方法與應用。

背景技術

隨著科學技術的發(fā)展，各種電磁輻射系統(tǒng)如手機、電腦、電視機等的廣泛應用帶來了日益嚴重的電磁污染問題。電磁輻射給各種電子系統(tǒng)的應用以及設計帶來了巨大的挑戰(zhàn)，也給人們的生活帶來了越來越多的災害和事故。電磁輻射是指電場和磁場的交互變化所產生的電磁波向空中發(fā)射或泄露的現(xiàn)象。近年來，電信和電子行業(yè)的迅猛發(fā)展增加了電磁設備的使用，電磁波輻射已成為越來越嚴重的問題。通過屏蔽體材料，將傳導或輻射到敏感區(qū)域的電磁波進行屏蔽的做法被稱為電磁干擾屏蔽，從而消減甚至完全消除電磁輻射對人體以及其他電子設備的危害。電磁屏蔽材料具有廣泛的應用范圍，包括商業(yè)和科學電子、天線系統(tǒng)、太空探索和醫(yī)療設備。電磁屏蔽材料還具有廣泛的軍事應用，例如隱形，其中雷達吸收材料(RAMs)(Micheli D,Vricella A,Pastore R,et al.Carbon,2014:756-774.)就是通過消除撞擊在其表面的雷達信號反射來降低目標的可檢測性。

傳統(tǒng)電磁屏蔽材料多用金屬材料，而金屬材料往往因為密度大、易腐蝕以及鐵氧體材料填充量大、機械性能大等缺點導致應用受限，成本昂貴。碳材料擁有很多優(yōu)越的性能，例如電導率大、高表面積、重量輕、環(huán)境友好、出色的柔韌性、低密度、化學穩(wěn)定性和出色的機械性能，彌補了這些缺點，可以應用于電磁干擾屏蔽材料領域，逐漸成為了非常有希望的傳統(tǒng)金屬電磁屏蔽材料的替代品。另外，便攜式、智能可穿戴電子設備的快速發(fā)展，對于更輕、更薄、更靈活甚至可折疊的高性能屏蔽材料的需求越來越旺盛(Lin S,Ju S,Shi G,et al.Journal of Materials Science,2019,54(9):7165-7179.)。因此開發(fā)輕質、高效的電磁干擾屏蔽材料有著重要意義，是當前應用領域的重點研究方向。

石墨烯因其優(yōu)越的導電性，大的比表面積和超輕的重量而備受關注。尤其是，當二維石墨烯連接形成內部自由空間較大的三維(3D)網(wǎng)絡結構時，多孔結構可以顯著改善進入封閉單元壁內部界面的電磁波的隨機多次反射，導致電磁波吸收大大增強。碳氣凝膠是將石墨烯等導電碳材料通過模板或非模板自主裝的方式制成的多孔泡沫狀碳材料，有時也會在氣凝膠材料中添加一些聚合物以増強氣凝膠的強度，這些碳氣凝膠已經(jīng)被證實具有優(yōu)異的電磁屏蔽性能。但是，還原氧化石墨烯碳氣凝膠在制備過程中，由于在石墨烯片的膠凝化會導致體積收縮，難以控制密度，從而降低了制備效率，導致成本上升。另外，石墨烯片的均勻分散和互連網(wǎng)絡的形成對于賦予材料高電導率和屏蔽效能至關重要，單一石墨烯氣凝膠在制備過程中極易團聚，導致分散不均勻，材料主體屏蔽性能不佳，產生波動。

木質素在自然界中生物質總量僅次于纖維素的天然高分子化合物，是不均勻的無定形的天然高分子，是地球上除石油外最豐富的可再生芳香族化合物來源。以木質素制備高分子材料，是這一豐富的可再生資源得以高值化利用的途徑之一，而將木質素應用于氣凝膠中卻罕見報道。木質素因為有三種基本的苯丙基結構單元，含碳量超過55％，碳化后有高導電性的碳骨架，可作為碳材料的碳源，擁有三維網(wǎng)狀結構、大量苯環(huán)和共軛結構、且活性位點豐富，非常利于制備各種功能碳材料，如超級電容器的電極材料。以木質素為基體材料有助于制備空間結構堅固，多層級特殊孔道的碳材料。

發(fā)明內容

為解決現(xiàn)有技術的缺點和不足之處，本發(fā)明的首要目的在于提供一種木質素/還原氧化石墨烯碳氣凝膠電磁屏蔽材料的制備方法。