镍_石墨烯_纳米纤维素复合电磁屏蔽纸的制备及性能研究.pdf

摘要 摘要 电子信息技术的飞速发展以及各种电子、通讯设备等的应用日益普遍，人们的生 活变得更加方便，然而，随之出现的电磁辐射污染也在严重危害着其它的敏感设备的 正常运行、人类的健康甚至生态环境。电磁干扰屏蔽 （EMI ）技术在抑制电磁辐射污 染方面起着至关重要的作用，制备出轻质耐用、柔韧性好、综合性能强的高性能电磁 干扰屏蔽材料是实现电磁干扰屏蔽的关键。石墨烯由于导电性好、比表面积大、密度 较小等，在制备电磁屏蔽材料方面有广泛的应用前景，但脆性是限制其发展的重要因 素；纤维素纳米纤维来源于天然纤维素，无污染可再生、力学性能尤其柔韧性优异、 生物相容性好。因此将石墨烯和纤维素纳米纤维有效地复合，可以制备出性能优良的 电磁屏蔽材料。 本论文首先以氯化镍六水合物、氧化石墨烯等为原料，采用两种不同的还原方法 还原制备了纳米镍粒子、石墨烯以及纳米镍/石墨烯复合材料；然后以此为填料，以 纤维素纳米纤维（CNF ）为基体，采用不同的方式制备了性能优良的复合电磁屏蔽纸。 （1）采用化学还原法以水合肼作为还原剂，通过一步水热法同时还原氧化石墨 烯和氯化镍六水合物，得到纳米镍/石墨烯（Ni/RGO ）复合材料；采用高温还原法在 高温下还原氧化石墨烯得到热还原的石墨烯（TGO ），再以水合肼为还原剂采用液相 还原法还原得到纳米镍粉，通过超声处理将其均匀混合得到纳米镍/石墨烯（Ni/TGO ）。 通过对Ni/RGO 和Ni/TGO 形貌结构的分析，表明这两种还原方法均可以很好的还原 得到石墨烯和镍，并且其结晶度较好并且组成单一；另外还可观察到，Ni/TGO 中Ni 粒子的直径比Ni/RGO 中的小且均匀。 （2 ）将Ni/RGO 与CNF 通过真空抽滤的方式，分三步逐步抽滤得到具有夹层结 构的Ni/RGO/CNF 复合电磁屏蔽纸。Ni/RGO 含量为67wt%的复合电磁屏蔽纸，具有 较好力学性能，其拉伸强度为65.5 MPa ，断裂应变为9.2% ；屏蔽效能为20.9 dB ，可 满足一般商用要求。当Ni/RGO 含量增加至75wt%时，复合电磁屏蔽纸的力学性能有 所下降，但其电导率及屏蔽效能分别可达1664 S/m 和22.6 dB 。 （3 ）将Ni/TGO 与CNF 共混均匀，然后通过一步的真空抽滤即得到具有致密有 序多层结构的 Ni/TGO/CNF 复合电磁屏蔽纸。其中力学性能较好的复合电磁屏蔽纸 Ni/TGO 含量为50wt%，厚度仅为68 µm，拉伸强度为104.5 MPa ，断裂应变为10.96 % ； 屏蔽效能为21.7 dB ，也可满足商用需求。而随着Ni/TGO 负载量增加至70wt%，复 I 摘要 合电磁屏蔽纸的厚度为74 µm，力学性能稍微下降；而其电导率及屏蔽效能分别可达 1881 S/m 和30.2 dB 。 （4 ）总体来说，Ni/RGO/CNF 和Ni/TGO/CNF 复合纸的电磁屏蔽机制均以微波 吸收为主导，且Ni/TGO/CNF 复合纸的总体性能优于Ni/RGO/CNF 复合纸。 关键词：石墨烯，纤维素纳米纤维，复合纸，电磁屏蔽，导电率，屏蔽效能 II 目录 目录 1 绪论 1 1.1 研究背景 1 1.2 电磁屏蔽概述 1 1.2.1 电磁屏蔽原理 1 1.2.2 电磁屏蔽材料的分类 3 1.3 石墨烯概述 6 1.3.1 石墨烯 6 1.3.2 石墨烯的制备7 1.3.3 石墨烯类复合电磁屏蔽材料9 1.4 纤维素纳米纤维 （CNF ） 10 1.4.1 CNF 的制备方法 11