CN112047323A - 碳化柚子瓤@硅@rGO天然电磁屏蔽材料及其制备方法和应用 - Google Patents

碳化柚子瓤@硅@rGO天然电磁屏蔽材料及其制备方法和应用 Download PDF

Info

Publication number
CN112047323A
CN112047323A CN202010903037.0A CN202010903037A CN112047323A CN 112047323 A CN112047323 A CN 112047323A CN 202010903037 A CN202010903037 A CN 202010903037A CN 112047323 A CN112047323 A CN 112047323A
Authority
CN
China
Prior art keywords
silicon
electromagnetic shielding
rgo
shielding material
carbonized
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN202010903037.0A
Other languages
English (en)
Other versions
CN112047323B (zh
Inventor
廖立
梁名伟
蒋艺
王薇菁
谢克难
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sichuan University
Original Assignee
Sichuan University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sichuan University filed Critical Sichuan University
Priority to CN202010903037.0A priority Critical patent/CN112047323B/zh
Publication of CN112047323A publication Critical patent/CN112047323A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN112047323B publication Critical patent/CN112047323B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B32/00—Carbon; Compounds thereof
    • C01B32/05—Preparation or purification of carbon not covered by groups C01B32/15, C01B32/20, C01B32/25, C01B32/30
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B32/00—Carbon; Compounds thereof
    • C01B32/15—Nano-sized carbon materials
    • C01B32/182—Graphene
    • C01B32/184—Preparation
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B33/00—Silicon; Compounds thereof
    • C01B33/02—Silicon
    • C01B33/021—Preparation
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K9/00—Screening of apparatus or components against electric or magnetic fields
    • H05K9/0073—Shielding materials
    • H05K9/0081—Electromagnetic shielding materials, e.g. EMI, RFI shielding
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2004/00—Particle morphology
    • C01P2004/01—Particle morphology depicted by an image
    • C01P2004/03—Particle morphology depicted by an image obtained by SEM
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2004/00—Particle morphology
    • C01P2004/80—Particles consisting of a mixture of two or more inorganic phases

Abstract

本发明公开了一种碳化柚子瓤@硅@rGO天然电磁屏蔽材料及其制备方法和应用，该方法包含：将粒径为20～60nm的硅粉超声分散在乙醇水溶液中，加入冰醋酸调pH至4.5，加入硅烷偶联剂，再加入柚子瓤，超声，然后真空干燥，得到复合物；将所述复合物于700～800℃真空条件下碳化；将高温碳化得到的产物浸泡在石墨烯分散液中，真空干燥，然后于300℃真空条件下还原。本发明的天然电磁屏蔽材料通过硅烷偶联剂将硅粉与柚子瓤形成化学键连接，进而对其进行高温碳化，最后在表面裹上石墨烯形成内部网状交联的“三明治”导电结构，从而使得复合材料具有优良的导电性和屏蔽性能。

Description

碳化柚子瓤@硅@rGO天然电磁屏蔽材料及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及一种天然电磁屏蔽材料的制备方法，具体涉及一种碳化柚子瓤@硅@rGO天然电磁屏蔽材料及其制备方法和应用。
背景技术
随着工业水平的提高，各类民居电器不断发展，并且军用电子设备也更加先进和精密。与此同时，这些尖端的电子设备也在威胁着人类的身体健康。因此，开发新型电磁屏蔽材料迫在眉睫。
目前，对于电磁屏蔽材料的研究热点主要集中在导电填料方面，其中主要分为：金属导电填料、碳导电填料以及复合导电填料。当前研究热点还是主要集中在金属导电填料，而主要应用的金属导电填料有金、银、铜、镍。金属作为常用的导电介质，具有及其优良的导电性，也具有反射、吸收和传输电磁波的能力。相比之下，橡胶和塑料都是绝缘材料。金属导体用作接地，以驱散电子设备中累积的静电荷或散发高速机械产生的热量。同样，金属外壳或屏蔽层也被用来阻止高频EM波的穿透。金属具有的极佳导电率和导热系数使得其在电磁屏蔽的应用领域得到广泛的应用。但是，金属作为导电填料的缺点也十分突出，其高昂的价格以及较大的密度极大限制了它在电磁屏蔽上更广泛的应用。
与金属导电填料相比，碳导电填料具有价格低廉、化学稳定的特点，同时导电性能也十分优良。碳材料在电磁屏蔽上的应用正日益增长，特别是不连续的碳纤维，这些碳材料包括：结构性和非结构性复合物，如胶体石墨等。碳纳米纤维作为一种新型的纳米材料，具有长径比大以及质量轻的优点，同时具有良好的电磁性能，并且容易形成导电网络，有着巨大潜力成为优秀的电磁屏蔽材料。但是，碳纳米纤维的制备效率较低，且价格高昂。另一种碳基材料—胶体石墨，其具有质轻、抗腐蚀性好、导电性好且价格低廉的优点，但因为没有磁性，其在低频段的吸收损耗较低使得屏蔽性能较差。
发明内容
本发明的目的是提供一种碳化柚子瓤@硅@rGO天然电磁屏蔽材料及其制备方法和应用，该天然电磁屏蔽材料解决了碳纳米纤维昂贵而胶体石墨屏蔽性能较差的问题，其具有优良的导电性和屏蔽性能，且其原材料价格低廉。
为了达到上述目的，本发明提供了一种碳化柚子瓤@硅@rGO天然电磁屏蔽材料的制备方法，该方法包含：将粒径为20～60nm的硅粉超声分散在乙醇水溶液中，加入冰醋酸调pH至4.5，加入硅烷偶联剂，再加入柚子瓤，超声，然后真空干燥，得到复合物；其中，所述硅烷偶联剂包含：KH550；所述硅粉、柚子瓤和硅烷偶联剂的用量比例为25mg：30mg：30～50mL；将所述复合物于700～800℃真空条件下碳化；将高温碳化得到的产物浸泡在石墨烯分散液中，真空干燥，然后于300～400℃真空条件下还原，得到碳化柚子瓤@硅@rGO天然电磁屏蔽材料；其中，所述石墨烯分散液中的氧化石墨烯与柚子瓤的用量比例为6：1。
优选地，所述乙醇水溶液中，乙醇和水的体积比为1：0.5～2。乙醇的比例不同，影响硅粉的负载量，乙醇的含量越多硅粉的负载量越大。
优选地，所述乙醇水溶液与硅粉的用量比例为40～80mL：25mg。
优选地，所述超声分散的时间为30min。
优选地，所述真空干燥温度均为60℃。
优选地，所述高温碳化的时间为1h。
优选地，所述还原的时间为2h。
优选地，所述石墨烯分散液是通过氧化石墨烯在水中超声分散获得的，所述氧化石墨烯与水的比例为3mg：2mL。
本发明的另一目的是提供一种通过所述的方法制备的碳化柚子瓤@硅@rGO天然电磁屏蔽材料。
本发明的另一目的是提供一种所述的碳化柚子瓤@硅@rGO天然电磁屏蔽材料在屏蔽电磁干扰方面的应用。
本发明的碳化柚子瓤@硅@rGO天然电磁屏蔽材料及其制备方法和应用，解决了碳纳米纤维昂贵而胶体石墨屏蔽性能较差的问题，具有以下优点：
本发明的天然电磁屏蔽材料，通过硅烷偶联剂将硅粉与柚子瓤形成化学键连接，进而对其进行高温碳化，最后在表面裹上还原氧化石墨烯形成内部网状交联的“三明治”导电结构，从而使得复合材料具有优良的导电性和屏蔽性能，能够用于屏蔽电磁干扰，提高电子设备精密电子武器安全性。此外，本发明的基材柚子瓤是天然材料，价格低廉，且属于废物再利用。
附图说明
图1为本发明实施例1的电磁屏蔽性能EMISE图。
图2为本发明实施例2的电磁屏蔽性能EMISE图。
图3为本发明实施例3的电磁屏蔽性能EMISE图。
图4为本发明实施例1的电导率图。
图5为本发明实施例2的电导率图。
图6为本发明实施例3的电导率图。
图7为本发明实施例1的柚子瓤@硅的SEM图。
图8为本发明实施例2的柚子瓤@硅的SEM图。
图9为本发明实施例3的柚子瓤@硅的SEM图。
图10为本发明实施例1的柚子瓤@硅@rGO的SEM图。
图11为本发明实施例2的柚子瓤@硅@rGO的SEM图。
图12为本发明实施例3的柚子瓤@硅@rGO的SEM图。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
一种碳化柚子瓤@硅@rGO天然电磁屏蔽材料的制备方法，包含：
(1)配制乙醇和水的体积比为1：0.5的乙醇水溶液；
(2)将粒径为20～60nm的硅粉25mg(过量)分散在40mL的上述乙醇水溶液中，超声30min，得到硅分散液；
(3)在上述硅分散液中加入冰醋酸，调pH至4.5，然后加入硅烷偶联剂KH55030mL，在常温下反应30min，KH550的乙氧基水解，KH550水解后的羟基与硅表面的羟基脱水形成-O-Si-O-键，即偶联完成；
KH550的乙氧基水解过程：
Figure BDA0002660399060000041
KH550的偶联过程：
Figure BDA0002660399060000042
(4)向步骤(3)的反应液中加入柚子瓤30mg，室温下超声30min，加入柚子瓤以后，硅烷偶联剂KH550的氨基(-NH2)与柚子瓤上的羧基(-COOH)脱水缩合形成(-CONH-)，然后60℃真空干燥，得到复合物，其扫描电镜图SEM如图7所示；
(5)将步骤(4)所得的复合物置于真空管式炉中，升温至700℃高温碳化1h；
(6)将高温碳化得到的产物浸泡在石墨烯分散液(称取苏州碳丰科技的氧化石墨烯180mg溶于120mL去离子水，超声2h)中，在高温碳化得到的产物表面形成氧化石墨烯，60℃真空烘干，然后置于真空管式炉中，升温至300℃还原2h，将氧化石墨烯上的官能团还原，从而获得良好的导电性能，待还原结束，将冷却至室温，即可得到柚子瓤@硅@rGO天然电磁屏蔽材料。
如图1所示，为本发明实施例1的柚子瓤@硅@rGO天然电磁屏蔽材料的电磁屏蔽性能EMISE图，在波频率为12-18GHz范围内，电磁屏蔽效能最高达到28.5dB，起到较好的电磁屏蔽作用。
如图4所示，为本发明实施例1的柚子瓤@硅@rGO天然电磁屏蔽材料的电导率结果图，电导率σ＝145.37S/m。参见图1，为实施例1的柚子瓤@硅@rGO天然电磁屏蔽材料的电磁屏蔽性能EMISE图，与图2和3相比，实施例1的柚子瓤@硅@rGO天然电磁屏蔽材料的屏蔽性能最高，本发明的柚子瓤@硅@rGO天然电磁屏蔽材料能够用于屏蔽电磁干扰，提高电子设备精密电子武器安全性。
实施例2
一种碳化柚子瓤@硅@rGO天然电磁屏蔽材料的制备方法，包含：
(1)配制乙醇和水的体积比为1：1的乙醇水溶液；
(2)将粒径为20～60nm的硅粉25mg(过量)分散在60mL的上述乙醇水溶液中，超声30min，得到硅分散液；
(3)在上述硅分散液中加入冰醋酸，调pH至4.5，然后加入硅烷偶联剂KH55050mL，在常温下反应30min；
(4)向步骤(3)的分散液中加入柚子瓤30mg，室温下超声30min，然后60℃真空干燥，得到复合物；
(5)将步骤(4)所得的复合物置于真空管式炉中，升温至750℃高温碳化1h；
(6)将高温碳化得到的产物浸泡在石墨烯分散液中，60℃真空烘干，然后置于真空管式炉中，升温至350℃还原2h，待还原结束，将冷却至室温，即可得到柚子瓤@硅@rGO天然电磁屏蔽材料。
实施例3
一种碳化柚子瓤@硅@rGO天然电磁屏蔽材料的制备方法，包含：
(1)配制乙醇和水的体积比为1：2的乙醇水溶液；
(2)将粒径为20～60nm的硅粉25mg(过量)分散在80mL的上述乙醇水溶液中，超声30min，得到硅分散液；
(3)在上述硅分散液中加入冰醋酸，调pH至4.5，然后加入硅烷偶联剂KH55030mL，在常温下反应30min；
(4)向步骤(3)所得的分散液中加入柚子瓤30mg，室温下超声30min，然后60℃真空干燥，得到复合物；
(5)将步骤(4)所得的复合物置于真空管式炉中，升温至800℃高温碳化1h；
(6)将高温碳化得到的产物浸泡在石墨烯分散液中，60℃真空烘干，然后置于真空管式炉中，升温至400℃还原2h，待还原结束，将冷却至室温，即可得到柚子瓤@硅@rGO天然电磁屏蔽材料。
尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (10)

1.一种碳化柚子瓤@硅@rGO天然电磁屏蔽材料的制备方法，其特征在于，该方法包含：
将粒径为20～60nm的硅粉超声分散在乙醇水溶液中，加入冰醋酸调pH至4.5，加入硅烷偶联剂，再加入柚子瓤，超声，然后真空干燥，得到复合物；其中，所述硅烷偶联剂包含：KH550；所述硅粉、柚子瓤和硅烷偶联剂的用量比例为25mg：30mg：30～50mL；
将所述复合物于700～800℃真空条件下碳化；
将高温碳化得到的产物浸泡在石墨烯分散液中，真空干燥，然后于300～400℃真空条件下还原，得到碳化柚子瓤@硅@rGO天然电磁屏蔽材料；其中，所述石墨烯分散液中的氧化石墨烯与柚子瓤的用量比例为6：1。
2.根据权利要求1所述的碳化柚子瓤@硅@rGO天然电磁屏蔽材料的制备方法，其特征在于，所述乙醇水溶液中，乙醇和水的体积比为1：0.5～2。
3.根据权利要求1所述的碳化柚子瓤@硅@rGO天然电磁屏蔽材料的制备方法，其特征在于，所述乙醇水溶液与硅粉的用量比例为40～80mL：25mg。
4.根据权利要求1所述的碳化柚子瓤@硅@rGO天然电磁屏蔽材料的制备方法，其特征在于，所述超声分散的时间为30min。
5.根据权利要求1所述的碳化柚子瓤@硅@rGO天然电磁屏蔽材料的制备方法，其特征在于，所述真空干燥温度均为60℃。
6.根据权利要求1所述的碳化柚子瓤@硅@rGO天然电磁屏蔽材料的制备方法，其特征在于，所述高温碳化的时间为1h。
7.根据权利要求1所述的碳化柚子瓤@硅@rGO天然电磁屏蔽材料的制备方法，其特征在于，所述还原的时间为2h。
8.根据权利要求1所述的碳化柚子瓤@硅@rGO天然电磁屏蔽材料的制备方法，其特征在于，所述石墨烯分散液是通过氧化石墨烯在水中超声分散获得的，所述氧化石墨烯与水的比例为3mg：2mL。
9.一种通过如权利要求1-8中任意一项所述的方法制备的碳化柚子瓤@硅@rGO天然电磁屏蔽材料。
10.一种如权利要求9所述的碳化柚子瓤@硅@rGO天然电磁屏蔽材料在屏蔽电磁干扰方面的应用。
CN202010903037.0A 2020-09-01 2020-09-01 碳化柚子瓤@硅@rGO天然电磁屏蔽材料及其制备方法和应用 Active CN112047323B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010903037.0A CN112047323B (zh) 2020-09-01 2020-09-01 碳化柚子瓤@硅@rGO天然电磁屏蔽材料及其制备方法和应用

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010903037.0A CN112047323B (zh) 2020-09-01 2020-09-01 碳化柚子瓤@硅@rGO天然电磁屏蔽材料及其制备方法和应用

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN112047323A true CN112047323A (zh) 2020-12-08
CN112047323B CN112047323B (zh) 2021-11-26

Family

ID=73608410

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202010903037.0A Active CN112047323B (zh) 2020-09-01 2020-09-01 碳化柚子瓤@硅@rGO天然电磁屏蔽材料及其制备方法和应用

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN112047323B (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116002660A (zh) * 2022-12-28 2023-04-25 太原科技大学 一种碳硅复合材料的制备方法、碳硅复合材料及锂电池

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104752696A (zh) * 2015-01-22 2015-07-01 湖州创亚动力电池材料有限公司 一种石墨烯基硅碳复合负极材料的制备方法
CN105355892A (zh) * 2015-12-15 2016-02-24 中南大学 一种锂离子电池负极的制备方法
CN106887569A (zh) * 2017-02-22 2017-06-23 上海杉杉科技有限公司 一种新型结构石墨烯包覆硅纳米颗粒及其制备方法
WO2018161378A1 (zh) * 2017-03-09 2018-09-13 上海杉杉科技有限公司 一种新型结构石墨烯包覆硅纳米颗粒及其制备方法
CN110323440A (zh) * 2019-07-08 2019-10-11 中南大学 一种石墨烯/碳-硅纳米复合负极材料的制备方法
CN111063890A (zh) * 2019-12-20 2020-04-24 北方奥钛纳米技术有限公司 一种石墨烯改性硅碳材料、制备方法及其应用

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104752696A (zh) * 2015-01-22 2015-07-01 湖州创亚动力电池材料有限公司 一种石墨烯基硅碳复合负极材料的制备方法
CN105355892A (zh) * 2015-12-15 2016-02-24 中南大学 一种锂离子电池负极的制备方法
CN106887569A (zh) * 2017-02-22 2017-06-23 上海杉杉科技有限公司 一种新型结构石墨烯包覆硅纳米颗粒及其制备方法
WO2018161378A1 (zh) * 2017-03-09 2018-09-13 上海杉杉科技有限公司 一种新型结构石墨烯包覆硅纳米颗粒及其制备方法
CN110323440A (zh) * 2019-07-08 2019-10-11 中南大学 一种石墨烯/碳-硅纳米复合负极材料的制备方法
CN111063890A (zh) * 2019-12-20 2020-04-24 北方奥钛纳米技术有限公司 一种石墨烯改性硅碳材料、制备方法及其应用

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116002660A (zh) * 2022-12-28 2023-04-25 太原科技大学 一种碳硅复合材料的制备方法、碳硅复合材料及锂电池

Also Published As

Publication number Publication date
CN112047323B (zh) 2021-11-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Zhang et al. Flexible sandwich‐structured electromagnetic interference shielding nanocomposite films with excellent thermal conductivities
Zhou et al. Ultrathin MXene/calcium alginate aerogel film for high‐performance electromagnetic interference shielding
CN111809439B (zh) 柔性高强MXene基电磁屏蔽复合薄膜及其制备方法
CN108329495B (zh) 具有仿生结构的石墨烯-纤维素纳米晶复合导热薄膜及其制备
CN112280312B (zh) 一种导热吸波一体化石墨烯热界面材料及其制备方法
CN102140186B (zh) 一种具有电磁屏蔽性能的天然橡胶复合材料及其制备方法
CN111372435B (zh) 一种MXene基高导热防火电磁屏蔽复合薄膜及其制备方法
CN113004556B (zh) 一种CNF/MXene-银纳米线复合薄膜的制备方法
CN104591551A (zh) 一种石墨烯包覆玻璃纤维复合材料的制备方法
CN109181654B (zh) 一种石墨烯基复合导热膜及其制备方法及其应用
CN110483880B (zh) 一种无卤阻燃低压电热膜及其制备方法
CN111269570A (zh) 一种碳化丝瓜/石墨烯-碳纳米管复合材料的制备方法
CN112047323B (zh) 碳化柚子瓤@硅@rGO天然电磁屏蔽材料及其制备方法和应用
CN112745610A (zh) 一种改性Mxene/PVA阻燃复合材料及其制备方法
CN104312167A (zh) 一种多壁碳纳米管/有机硅树脂纳米复合材料的制备方法
CN113512215B (zh) 一种基于石墨烯基的柔性电磁波屏蔽薄膜及其制备方法
Zhang et al. Construction of three-dimensional mesh porous Mo2C/carbon composites by chitosan salting-out for efficient microwave absorption
CN112980056A (zh) 兼具电磁屏蔽和导热功能的复合柔性薄膜及其制备方法
CN113829686B (zh) 一种可降解聚合物基生物炭电磁屏蔽复合材料及制备方法
CN107833869A (zh) 一种石墨烯导热膜及其制备方法
CN110418565B (zh) 一种用于电磁屏蔽的空心层状氮杂碳微米管/纳米金属线复合材料及其制备方法
CN112538296A (zh) 一种用于柔性电路的石墨烯网络导电涂料及制备方法
CN114163682A (zh) 一种电磁材料改性方法在制备聚酰亚胺泡沫电磁屏蔽材料中的应用
CN109952013B (zh) 一种螺旋形电磁屏蔽材料及其制备方法
CN116397430A (zh) 一种高电磁屏蔽聚丙烯复合材料及其制备方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant