[發明專利]一種基于石墨烯基的柔性電磁波屏蔽薄膜及其制備方法

有效

• 申請號: 202110631185.6
• 申請日: 2021-06-07
• 公開（公告）號: CN113512215B
• 公開（公告）日: 2023-02-03
• 發明（設計）人: 姬廣斌;趙越;俞濟文;郝樂樂;張馨丹
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: C08J5/18
• 分類號: C08J5/18;C08L65/00;C08L25/18;C08K3/04;H05K9/00
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 李倩

本發明公開了一種基于石墨烯基的柔性電磁波屏蔽薄膜，通過將氧化石墨烯分散于高分子導電聚合物溶液中，經過抽濾和還原，得到由還原氧化石墨烯層和高分子導電聚合物層交替排布的柔性電磁波屏蔽薄膜；本發明還公開了上述基于石墨烯基的柔性電磁波屏蔽薄膜的制備方法；相較于傳統的微波屏蔽材料，本發明石墨烯/導電聚合物復合材料在具有極好柔性的情況下，仍具有優異的導電性能，電導率最高可達92.5S/cm，以及極佳的電磁波屏蔽性能，屏蔽效能最大可達到SE_T為49.67dB，同時具有良好的屏蔽頻寬。

技術領域

本發明涉及一種基于石墨烯基的柔性電磁波屏蔽薄膜，還涉及上述基于石墨烯基的柔性電磁波屏蔽薄膜的制備方法。

背景技術

隨著5G通訊的廣泛應用，以及各類新型智能器件的普及，電磁波輻射產生的電磁干擾污染給生活帶來的不便愈發嚴重。因此，電磁波吸收及屏蔽材料的研發吸引了大量研究者的關注。理想的電磁波屏蔽材料應具有屏蔽效能高、吸收頻帶寬、使用密度低、應用厚度薄的特點。同時，為滿足新型智能電子器件的發展需求，電磁波屏蔽材料還應具有合成工藝簡單、導電性能優異、耐環境性好以及兼顧柔性與抗疲勞特性的優點。碳材料作為一種廣為人知的輕質且具備優良導電性的材料因此得到了電磁波屏蔽材料領域的大量生產應用。

作為碳材料的典型代表，石墨烯不僅具備更好的導電能力，并且具有良好的透光性、優秀的耐腐蝕性和很高的機械強度。得益于這些優異的性質，石墨烯材料在電磁屏蔽領域也受到廣泛的關注。然而高純石墨烯是一種強疏水性材料，對其進行后續加工相當困難，且因石墨烯材料本身特性，呈脆性，不具備柔性，其應用領域極大受限。

Shen等人(Advanced Functional Materials,2014,24:4542)公開了一種通過輕微加熱氧化石墨烯的懸濁液，隨后2000℃使之石墨化得到了兼具導電與導熱性能的薄膜材料的制備方法；該薄膜在厚度僅為8.4μm的情況下，電磁屏蔽性能達到了20dB，導熱系數為1100W/(m·K)，基本滿足了商業標準；但較高的石墨化溫度限制了其使用前景，高能耗及對工藝設備的高要求進一步限制其工業化。Zhou等人(ACS Nano,2020,14:3121)公開了通過在乙醇中淬火熱的鎳箔，在幾秒鐘內快速合成數十納米厚的高質量石墨薄膜的制備工藝；制備得到的薄膜電導率為2.6×10⁵S/m，絕對屏蔽效能為481000dB·cm²·g^-1；但由于基材是鎳箔，其柔性與耐環境性不足。

發明內容

發明目的：本發明針對現有技術中單一石墨烯材料存在的呈脆性、無法制備成兼具柔性和高導電性的電磁波屏蔽薄膜的問題，提供一種具有100次反復彎曲90°后性能不變的良好柔性的同時兼具高電導率和優異電磁波屏蔽性能的石墨烯/導電聚合物復合的柔性電磁波屏蔽薄膜；本發明還提供上述石墨烯/導電聚合物復合的柔性電磁波屏蔽薄膜的制備方法。

技術方案：本發明所述的基于石墨烯基的柔性電磁波屏蔽薄膜，通過將氧化石墨烯分散于高分子導電聚合物溶液中，經過抽濾和還原，得到由還原氧化石墨烯層和高分子導電聚合物層通過分子間作用力形成穩定結構，交替排布的柔性電磁波屏蔽薄膜。

其中，所述高分子導電聚合物層為PEDOT：PSS聚合物水溶液經抽濾后形成的片層結構。

其中，所述柔性電磁波屏蔽薄膜的厚度為7～11μm。

上述基于石墨烯基的柔性電磁波屏蔽薄膜的制備方法，包括如下步驟：

(1)往PEDOT：PSS水溶液中依次加入DMSO和GO溶液，混勻后，往混合溶液中加入NaOH調節溶液的pH值(防止聚合物發生分解反應)，在堿性環境下對混合溶液進行抽濾操作，抽濾、烘干后，得到氧化石墨烯層和PEDOT：PSS導電聚合物層交替排布的復合薄膜；

(2)將步驟(1)所得的復合薄膜浸入氫碘酸中避光還原，并清洗，得到還原氧化石墨烯層和PEDOT：PSS導電聚合物層交替排布的復合薄膜。