CN105330857A - 聚苯胺-氧化石墨烯-碳纳米管复合电磁屏蔽材料的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种PANI-GO-CNTs复合电磁屏蔽材料的制备方法。该方法的步骤是：将CNTs和SDS加入到HClO4溶液中得溶液a，将GO分散到HClO4溶液中得溶液b，将溶液a和溶液b混合后得溶液c；将溶液c与苯胺混合置于三口烧瓶中，在冰浴中混合得溶液Ⅰ，将APS加入HClO4溶液中得溶液Ⅱ；将溶液Ⅰ和溶液Ⅱ混合并在冰浴中反应得墨绿色溶液，抽滤后得PANI-GO-CNTs粉末材料；分别用水、乙醇和丙酮洗涤至滤液变澄清，最后将所得的墨绿色固体粉末放入真空烘箱中干燥，待恒重后得到PANI-GO-CNTs复合电磁屏蔽粉末材料。本发明材料比表面积大，电导率相对较高，且制备方便、工艺简单。
Description
技术领域
本发明涉及复合电磁屏蔽材料的制备方法，尤其是涉及一种聚苯胺-氧化石墨烯-碳纳米管复合电磁屏蔽材料的制备方法。
背景技术
随着科技的发展，电磁波污染已经给人类的生活带来了越来越严重的危害，目前多采用电磁屏蔽材料来减少其损害，其中以导电性填料和聚合物混合制备的填充型导电聚合物复合材料(ConductivePolymerComposites,CPCs)因具有质轻、种类多、易于加工等优点而得到广泛应用。碳基材料因其独特的结构及优异的性能在CPCs填料领域有很好的应用前景，其中石墨烯和碳纳米管又因其比表面积大、机械强度高和可塑性强而逐渐成为其中的佼佼者。聚苯胺(PANI)因其形貌可控、电导率可调、耐腐蚀、轻质和环境友好等诸多优点而受到极大的关注。
发明内容
本发明的目的在于提供一种聚苯胺-氧化石墨烯-碳纳米管复合电磁屏蔽材料(PANI/GO/CNTs)的制备方法，旨在让聚苯胺与氧化石墨烯和碳纳米管复合形成一种网络状复合材料，以增加其电磁吸收和内部多层反射，并在此基础上增加氧化石墨烯及碳纳米管和聚苯胺接触层面间的界面极化，从而获得良好的电磁波屏蔽效能。
本发明的目的是通过以下的技术方案实现的：
一种聚苯胺-氧化石墨烯-碳纳米管复合电磁屏蔽材料的制备方法，该方法的步骤如下：
1)将质量为0.0052g～0.0156g的碳纳米管(CNTs)和质量为1.5mg～3.0mg的十二烷基硫酸钠(SDS)混合后加入到浓度为1mol/L的35mL的HClO4溶液中，用超声分散得溶液a，将质量为0.0099g～0.0154g的氧化石墨烯(GO)分散到浓度为1mol/L的35mL的HClO4溶液中，用超声分散得溶液b，将溶液a和溶液b混合后，再用超声分散得溶液c；
2)将溶液c与体积为183μL的苯胺混合置于三口烧瓶中，在冰浴中混合得溶液Ⅰ，将质量为0.3038g～0.3048g的氧化剂过硫酸铵(APS)加入浓度为1mol/L的5mL的HClO4溶液中，超声溶解得溶液Ⅱ；
3)将溶液Ⅰ和溶液Ⅱ混合，并在冰浴中搅拌反应24h后得到墨绿色反应溶液，抽滤、干燥后得到聚苯胺-氧化石墨烯-碳纳米管(PANI-GO-CNTs)粉末材料；
4)分别用水、乙醇、丙酮洗涤至滤液变澄清，放入真空烘箱中干燥，得到墨绿色聚苯胺-氧化石墨烯-碳纳米管复合电磁屏蔽粉末材料。
所述氧化石墨烯是通过改进的Hummers法制备的表面具备大量羟基和羧基官能团的材料。
所述碳纳米管为直径为20-40nm，用之前用硝酸酸化处理。
所述苯胺在反应液中的浓度为0.05mol/L，且其与氧化剂过硫酸铵的浓度比为1.5。
所述反应液中碳纳米管(CNTs)的浓度为0.13-0.39mg/mL，氧化石墨烯(GO)的浓度为0.25-0.39mg/mL。
本发明具有的有益效果是：
1.本发明所用的材料都是环境友好型材料，且性能稳定，易于推广使用。
2.本发明所用的层状材料比表面积大，电导率相对较高，且制备方便、工艺简单。
3.此种制备方法应用广泛，不受材料类型、形状尺寸的影响。
附图说明
图1是实施例2中对不同质量分数的PANI-GO-CNTs网状复合材料的电磁屏蔽机理及电磁屏蔽效能变化曲线图。
图2是实施例2中不同质量分数PANI-GO-CNTs网状复合材料的电导率随含量的变化曲线图，其中a对应电导率随含量的变化曲线图，b对应电导率的倒数及平方根随含量的变化曲线图。
图3是实施例3中不同质量分数PANI-GO-CNTs-TPU复合薄膜的电导率和电磁屏蔽效能变化曲线图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。
实施例1～实施例6
1)将CNTs和SDS混合加入到HClO4溶液中用超声完全分散得溶液a，将GO分散到HClO4溶液中用超声完全分散得溶液b，将溶液a和溶液b混合后再用超声充分分散得溶液c；
2)将混合溶液c与苯胺混合置于三口烧瓶中，在冰浴中充分混合得溶液Ⅰ，将APS加入HClO4溶液中超声溶解得溶液Ⅱ；
3)将溶液Ⅰ和溶液Ⅱ混合并在冰浴中搅拌反应24h后得到墨绿色反应溶液，抽滤后得PANI-GO-CNTs粉末材料；
4)分别用大量的水、乙醇和丙酮洗涤至滤液变澄清，最后将所得的墨绿色固体粉末放入真空烘箱中干燥，待恒重后得到PANI-GO-CNTs复合电磁屏蔽粉末材料。具体配方见表1。
实施例7
将实施例1～6中所制备的粉末材料与石蜡混合成含量不同的样品，其质量百分比分别为1wt％、5wt％、10wt％、15wt％、20wt％、30wt％、40wt％、50wt％和60wt％，然后将其分别压成外径为7mm、内径为3.04mm和厚度为3mm的环形片，并置于空气线中进行测试，屏蔽机理及测试结果见图1。然后又将相应的混合样品压成薄片状，利用四探针法测试其表面电导率，相关测试结果见图2a、图2b所示。
实施例8
将实施例1～6中所制备的粉末材料通过溶液混合的方法与热塑性聚氨酯(TPU)混合制备成含量不同的样品薄膜，其质量分数分别为1wt％、3wt％、5wt％和10wt％，然后在其中裁出外径7mm、内径3.04mm和厚度为～2mm的环形测试薄膜，并置于空气线中进行测试其电磁屏蔽效能。然后又在相应薄膜上裁出直径为7mm的圆形片，并利用电压-电流法测试相应薄膜的电导率，相应的测试结果见图3a-图3f所示。图3a表示的是薄膜电阻率随质量分数的变化曲线，图3b表示电磁屏蔽效能随质量分数和电磁频率的变化趋势，图3c表示反射损耗随质量分数和电磁频率的变化趋势，图3d表示(反射损耗/总电磁损耗)随质量分数和电磁频率的变化趋势，图3e表示吸收损耗随质量分数和电磁频率的变化趋势，图3f表示(吸收损耗/总电磁损耗)随质量分数和电磁频率的变化趋势。
表1是实施例1中不同PANI-GO-CNTs网状复合材料的具体反应条件
[a]ThereactingtemperatureT＝0℃andthereactingtimet＝24h
[b]Theratio[SDS]/[GO&CNTs]＝1/10(w/w)。
Claims (5)
1.一种聚苯胺-氧化石墨烯-碳纳米管复合电磁屏蔽材料的制备方法，其特征在于，该方法的步骤如下：
1）将质量为0.0052g～0.0156g的碳纳米管和质量为1.5mg～3.0mg的十二烷基硫酸钠混合后加入到浓度为1mol/L的35mL的HClO4溶液中，用超声分散得溶液a；将质量为0.0099g～0.0154g的氧化石墨烯分散到浓度为1mol/L的35mL的HClO4溶液中，用超声分散得溶液b；将溶液a和溶液b混合后，再用超声分散得溶液c；
2）将溶液c与体积为183μL的苯胺混合置于三口烧瓶中，在冰浴中混合得溶液Ⅰ，将质量为0.3038g～0.3048g的氧化剂过硫酸铵加入浓度为1mol/L的5mL的HClO4溶液中，超声溶解得溶液Ⅱ；
3）将溶液Ⅰ和溶液Ⅱ混合，并在冰浴中搅拌反应24h后得到墨绿色反应溶液，抽滤、干燥后得到聚苯胺-氧化石墨烯-碳纳米管粉末材料；
4）分别用水、乙醇、丙酮洗涤至滤液变澄清，放入真空烘箱中干燥，得到纯净的墨绿色聚苯胺-氧化石墨烯-碳纳米管复合电磁屏蔽粉末材料。
2.根据权利要求1所述的一种聚苯胺-氧化石墨烯-碳纳米管复合电磁屏蔽材料的制备方法，其特征在于：所述氧化石墨烯是通过改进的Hummers法制备的表面具备大量羟基和羧基官能团的材料。
3.根据权利要求1所述的一种聚苯胺-氧化石墨烯-碳纳米管复合电磁屏蔽材料的制备方法，其特征在于：所述碳纳米管为直径为20-40nm，用之前用硝酸酸化处理。
4.根据权利要求1所述的一种聚苯胺-氧化石墨烯-碳纳米管复合电磁屏蔽材料的制备方法，其特征在于：所述苯胺在反应液中的浓度为0.05mol/L，且其与氧化剂过硫酸铵的浓度比为1.5。
5.根据权利要求1所述的一种聚苯胺-氧化石墨烯-碳纳米管复合电磁屏蔽材料的制备方法，其特征在于：所述反应液中碳纳米管的浓度为0.13-0.39mg/mL，氧化石墨烯的浓度为0.25-0.39mg/mL。
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