CN112900077A - 一种具有吸波特性的氧化石墨烯/碳纤维织物的制备方法 - Google Patents

一种具有吸波特性的氧化石墨烯/碳纤维织物的制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN112900077A
CN112900077A CN202110333263.4A CN202110333263A CN112900077A CN 112900077 A CN112900077 A CN 112900077A CN 202110333263 A CN202110333263 A CN 202110333263A CN 112900077 A CN112900077 A CN 112900077A
Authority
CN
China
Prior art keywords
carbon fiber
fiber fabric
graphene oxide
preparation
wave
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
CN202110333263.4A
Other languages
English (en)
Other versions
CN112900077B (zh
Inventor
许传民
王欣
郑先亮
于显利
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.)
Jilin University
Original Assignee
Jilin 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 Jilin University filed Critical Jilin University
Priority to CN202110333263.4A priority Critical patent/CN112900077B/zh
Publication of CN112900077A publication Critical patent/CN112900077A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN112900077B publication Critical patent/CN112900077B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • D—TEXTILES; PAPER
    • D06—TREATMENT OF TEXTILES OR THE LIKE; LAUNDERING; FLEXIBLE MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • D06M—TREATMENT, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE IN CLASS D06, OF FIBRES, THREADS, YARNS, FABRICS, FEATHERS OR FIBROUS GOODS MADE FROM SUCH MATERIALS
    • D06M11/00—Treating fibres, threads, yarns, fabrics or fibrous goods made from such materials, with inorganic substances or complexes thereof; Such treatment combined with mechanical treatment, e.g. mercerising
    • D06M11/73—Treating fibres, threads, yarns, fabrics or fibrous goods made from such materials, with inorganic substances or complexes thereof; Such treatment combined with mechanical treatment, e.g. mercerising with carbon or compounds thereof
    • D06M11/74—Treating fibres, threads, yarns, fabrics or fibrous goods made from such materials, with inorganic substances or complexes thereof; Such treatment combined with mechanical treatment, e.g. mercerising with carbon or compounds thereof with carbon or graphite; with carbides; with graphitic acids or their salts
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D06—TREATMENT OF TEXTILES OR THE LIKE; LAUNDERING; FLEXIBLE MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • D06M—TREATMENT, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE IN CLASS D06, OF FIBRES, THREADS, YARNS, FABRICS, FEATHERS OR FIBROUS GOODS MADE FROM SUCH MATERIALS
    • D06M2101/00—Chemical constitution of the fibres, threads, yarns, fabrics or fibrous goods made from such materials, to be treated
    • D06M2101/40—Fibres of carbon

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Textile Engineering (AREA)
  • Shielding Devices Or Components To Electric Or Magnetic Fields (AREA)
  • Inorganic Fibers (AREA)

Abstract

本发明涉及一种具有吸波特性的氧化石墨烯/碳纤维织物的制备方法。概括地来说，本发明是采用氧化石墨烯和碳纤维织物利用湿转移法制备复合材料的过程，再经过低温加热处理，制备一种氧化石墨烯/碳纤维织物复合材料的方法。该方法原料简单且成本低，操作安全简易，增强了碳纤维织物的拉伸强度，提高了碳纤维布的电磁屏蔽性能。本发明的制备周期短，反应易于控制，便于大规模生产。制备出的复合织物在军事军工，航天航空，商业雷达，能源信息等领域具有广泛的应用前景。

Description

一种具有吸波特性的氧化石墨烯/碳纤维织物的制备方法
技术领域：
本发明涉及一种具有吸波特性的氧化石墨烯/碳纤维织物的制备方法。概括地来说，本发明是将碳纤维织物浸泡在氧化石墨烯胶体中，再经过低温蒸发溶剂方法制备的一种具有吸波特性的氧化石墨烯/碳纤维织物。
背景技术：
随着现代科学技术的高速发展，各种电子设备成为人们日常生活中不可或缺的一部分。但电子、电气设备带来方便与高效生产的同时，也产生了各种问题，诸如，电磁辐射、电磁干扰等。一方面，电磁干扰问题对民用商用设备及军事雷达系统等产生影响，造成经济损失及安全问题。另一方面，电磁信号对人体健康产生危害，高能量的电磁波环境将对人体产生极大的破坏，引发各种疾病。因此，国家每年都在电磁屏蔽材料的制备上投入大量资金与科研人员。根据电磁屏蔽理论，反射和吸收以及多次反射是主要的屏蔽机理。科研人员开发了基于此机理不同的屏蔽材料，例如以反射为主的金属屏蔽材料，以吸收为主的吸波材料。利用反射对电磁波衰减的材料虽然屏蔽效果优良，但反射回的电磁波将造成二次污染。通过介质损耗吸收电磁波可以将电磁波能量转化为其它形式的能量，从而避免了二次污染。
石墨烯因其内部碳原子以sp2杂化方式使π电子在平面内可自由移动，因此具有良好的导电性，高载流子率及室温半整数量子霍尔效应等被认为是一种很有优异的碳族电磁波吸收填料。但是纯的石墨烯介电常数大、磁性弱，对电磁波的损耗方式主要是通过介质损耗来实现的。相较于石墨烯，氧化石墨烯因结构缺陷和残存一定的官能团，可以提高阻抗匹配特性，而且缺陷及基团的电子偶极子导致极化弛豫都有利于对电磁波吸收。并且氧化石墨烯以更薄的尺寸及柔韧的特性有利于导电路径的增加，增强了电磁波的传播路径从而增加导电损耗。碳纤维具有优良的导电性，载流子通过与电磁场的相互作用可消退电磁波；碳纤维织物具有力学强度高、导热性好、模量比高以及内部能形成良好的导电网络等特性。随着入射电磁波频率的增加，碳纤维内部的电磁波会产生涡流损耗，外部的电磁波在碳纤维与碳纤维之间产生散射，相位对消后电磁波的反射被大幅度降低。但是大量研究证明，碳纤维单独作为电磁屏蔽材料使用时，存在一些缺陷，诸如，吸收强度低、吸收频带窄与磁导率低等不足。因此，将氧化石墨烯与碳纤维织物复合可以改善电磁屏蔽性能上的缺陷，并可能存在协同效应进一步提高对电磁波的吸收。
本发明在于提出了一种方便简单的氧化石墨烯湿转移于碳纤维织物上的制备方法，通过水浴加热使氧化石墨烯均匀分散。利用低温热蒸发使氧化石墨烯片层与碳纤维相结合，提高氧化石墨烯的转移率。基于碳纤维的优异导电性与氧化石墨烯极化弛豫，优化了二者的阻抗匹配，使用本发明提出的制备方法所得到的氧化石墨烯/碳纤维织物复合材料在电磁波吸收及屏蔽等领域上有望拥有更大的应用价值。
发明内容：
本发明提出了一种具有吸波特性的氧化石墨烯/碳纤维织物的制备方法，该方法采用湿转移法制备了氧化石墨烯/碳纤维织物复合布，并采用低温加热方法使氧化石墨烯更稳定地与碳纤维相结合并成键。该方法成本低，操作安全简单，产物稳定性好。相较于单一材料，复合后的氧化石墨烯/碳纤维织物力学强度得到了提高，电磁波吸收效果更加优良。
本发明提出了一种具有吸波特性的氧化石墨烯/碳纤维织物的制备方法，包括如下步骤：
1)利用改进的Hummers方法，制备氧化石墨烯胶体；
2)稀释1)中的氧化石墨烯胶体至一定浓度，水浴加热至一定的温度；
3)使用裁刀将碳纤维织物裁成一定尺寸，放入2)中的氧化石墨烯胶体中，使其完全被溶液没过，保持水浴加热并保持一段时间；
4)将3)中的碳纤维织物取出，放入真空干燥箱中，利用低温加热法对织物进行热处理。
本发明中，步骤1)中的氧化石墨烯胶体制备，取样干燥后计算氧化石墨烯胶体浓度。
本发明中，步骤2)稀释的氧化石墨烯胶体的浓度为0.2-2mg/mL。
本发明中，步骤2)中水浴温度为60℃。
本发明中，步骤3)碳纤维织物尺寸为140mm×80mm的平面布状织物。
本发明中，步骤3)中碳纤维织物在氧化石墨烯胶体中浸泡时间为2小时。
本发明中，步骤4)中真空干燥箱加热模式为由室温加热到60℃，恒温6小时，随后真空干燥炉内冷却至室温。
附图说明：
图1是实施实例中碳纤维织物与氧化石墨烯/碳纤维织物的XRD图。
图2是实施实例中碳纤维织物和氧化石墨烯/碳纤维织物的傅里叶变换红外光谱。
图3是实施实例中碳纤维织物(a)和氧化石墨烯/碳纤维织物(b)的SEM图片。
图4是实施实例中碳纤维织物和氧化石墨烯/碳纤维织物的拉伸应力-应变曲线。
图5是实施实例中碳纤维织物和氧化石墨烯/碳纤维织物的电磁屏蔽吸收损耗。
图6是实施实例中碳纤维织物和氧化石墨烯/碳纤维织物的电磁屏蔽反射损耗。
图7是实施实例中碳纤维织物和氧化石墨烯/碳纤维织物的电磁屏蔽总损耗。
具体实施方式：
实施实例：
制备氧化石墨烯/碳纤维织物的实验条件及参数如下：
1)将6g石墨粉，4.5g硝酸钠(NaNO3)和207mL浓硫酸(H2SO4)于500mL的锥形瓶中，，放入冰水浴锅中，缓慢加入27g高锰酸钾(NaNO3)，冰水浴12个小时。取出锥形瓶放入35℃的水浴锅中，恒温1个小时，再放入60℃的水浴锅中，恒温18个小时。加入600mL冰水稀释均匀，逐滴加入双氧水(H2O2)至溶液无气泡产生且颜色变为亮黄色。静置24小时后用10％盐酸洗涤离心3次，而后用水洗涤离心6次，得到氧化石墨烯胶体；取一定量胶体干燥得到氧化石墨烯，计算氧化石墨烯胶体浓度，浓度为13.9mg/mL；
2)取适量氧化石墨烯原液，制备出700mL的0.2mg/mL和2mg/mL的溶液于大烧杯中。将烧杯放入水浴锅中升温至60℃。使用裁刀将碳布裁成尺寸为140mm×80mm平面矩形，放入烧杯中，使碳布完全被浸没，保持60℃加热2个小时。
3)取出碳布后，平放在干净的培养皿上，同时将未浸泡氧化石墨烯的碳布放在另外的培养皿上，每种样品制备两份，并做好标记，放入真空干燥炉中。设定真空干燥炉的加热模式，从室温加热到60℃恒温6小时，真空干燥炉内冷却至室温，取出样品。
根据上述发明所举的方法，可以提出一种氧化石墨烯/碳纤维织物复合材料提高电磁屏蔽的制备方法，其特征如下：
1)采用X-射线衍射(XRD)方法分析实施实例中的碳纤维织物、氧化石墨烯/碳纤维织物的物相结构。如图1所示，结果表明，涂覆氧化石墨烯前后的碳布衍射峰形和峰位几乎未发生改变，说明氧化石墨烯涂层很薄。
2)对实施实例中的碳纤维织物、氧化石墨烯/碳纤维织物进行傅里叶变换红外光谱表征。如图2所示，位于3423cm-1处较强的-OH吸收峰经复合后强度极大降低，而在1397cm-1处引入了C-O-H吸收峰，说明形成新的化学键，同时平面内弯曲振动引起的吸收峰C-H(2921cm-1和2869cm-1)峰强也明显增加；1733cm-1，1609cm-1和1510cm-1分别是-C＝O，-COOH和-COO-的吸收振动峰；1247cm-1和1040cm-1是-C-O-C-吸收峰。总之，与氧化石墨烯复合后，碳纤维布的-OH吸收峰明显降低，而其它含氧基团的强度均有所提高，说明氧化石墨烯与碳纤维布之间存在化学相互作用。
3)采用扫描电子显微镜(SEM)对实施实例中的碳纤维织物、氧化石墨烯/碳纤维织物进行形貌表征。如图3所示，(a)为原始碳纤维织物的SEM图片；(b)为氧化石墨烯/碳纤维织物的SEM图片。可以看出氧化石墨烯均匀分布在碳纤维织物的表面。
4)对实施实例中的碳纤维织物、氧化石墨烯/碳纤维织物进行力学性能分析。如图4所示，碳纤维织物、氧化石墨烯/碳纤维织物的拉伸强度和拉伸弹性模量，表明氧化石墨烯/碳纤维织物复合材料比碳纤维织物具有高的拉伸强度(提高29.1％)和低的弹性模量(降低15.4％)。说明氧化石墨烯的引入对原碳纤维织物的力学性能影响不明显。
5)对实施实例中的碳纤维织物、氧化石墨烯/碳纤维织物分析了在8.2-12.4GHz(X波段)的电磁屏蔽吸收特性。如图5所示，氧化石墨烯加入后，在整个X波段内，吸收损耗都得到提高，在频率为GHz处，复合织物的吸收损耗增加了29.7％。
6)对实施实例中的碳纤维织物、氧化石墨烯/碳纤维织物分析了在8.2-12.4GHz(X波段)的电磁波反射损耗情况。如图6所示，氧化石墨烯加入后，在整个X波段内，反射损耗都得到提高，在频率为8.5GHz和10.8GHz处，复合织物的反射损耗分别增加了57.7％和64.5％。反射损耗数值低于吸收损耗数值，说明氧化石墨烯/碳纤维织物复合材料主要屏蔽效应源于对电磁波的吸收。
7)对实施实例中的碳纤维织物、氧化石墨烯/碳纤维织物的电磁屏蔽总损耗在8.2-12.4GHz(X波段)进行表征。如图7所示，氧化石墨烯/碳纤维织物复合材料电磁屏蔽总损耗远高于单一的碳纤维织物，并且损耗数值波动更加平稳，总损耗数值高于37.5dB。而单一碳纤维的总损耗最大值仅达到32dB，说明氧化石墨烯的引入可以提高整体电磁屏蔽性能。

Claims (7)

1.一种具有吸波特性的氧化石墨烯/碳纤维织物的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
1)采用改进的Hummers方法，制备氧化石墨烯胶体；
2)稀释1)中的氧化石墨烯胶体至一定浓度，水浴加热至一定的温度；
3)使用裁刀将碳纤维织物裁成一定尺寸，放入2)中的氧化石墨烯胶体中，使其完全被溶液没过，保持水浴加热并保持一段时间；
4)将3)中的碳纤维织物取出，放入真空干燥箱中，利用低温加热法对织物进行热处理。
2.如权利要求1所述的一种具有吸波特性的氧化石墨烯/碳纤维织物的制备方法，其特征在于：步骤1)中的氧化石墨烯胶体制备，取样干燥后计算氧化石墨烯胶体浓度。
3.如权利要求1所述的一种具有吸波特性的氧化石墨烯/碳纤维织物的制备方法，其特征在于：步骤2)稀释的氧化石墨烯胶体的浓度为0.2-2mg/mL。
4.如权利要求1所述的一种具有吸波特性的氧化石墨烯/碳纤维织物的制备方法，其特征在于：步骤2)水浴温度为60℃。
5.如权利要求1所述的一种具有吸波特性的氧化石墨烯/碳纤维织物的制备方法，其特征在于：步骤3)碳纤维织物尺寸为140mm×80mm的平面布状织物。
6.如权利要求1所述的一种具有吸波特性的氧化石墨烯/碳纤维织物的制备方法，其特征在于：步骤3)碳纤维织物在氧化石墨烯胶体中浸泡时间为2小时。
7.如权利要求1所述的一种具有吸波特性的氧化石墨烯/碳纤维织物的制备方法，其特征在于：步骤4)中真空干燥箱加热模式为由室温加热到60℃，恒温6小时，随后真空干燥炉内冷却至室温。
CN202110333263.4A 2021-03-29 2021-03-29 一种具有吸波特性的氧化石墨烯/碳纤维织物的制备方法 Active CN112900077B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110333263.4A CN112900077B (zh) 2021-03-29 2021-03-29 一种具有吸波特性的氧化石墨烯/碳纤维织物的制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110333263.4A CN112900077B (zh) 2021-03-29 2021-03-29 一种具有吸波特性的氧化石墨烯/碳纤维织物的制备方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN112900077A true CN112900077A (zh) 2021-06-04
CN112900077B CN112900077B (zh) 2022-01-11

Family

ID=76109185

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202110333263.4A Active CN112900077B (zh) 2021-03-29 2021-03-29 一种具有吸波特性的氧化石墨烯/碳纤维织物的制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN112900077B (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113930051A (zh) * 2021-11-03 2022-01-14 一汽解放汽车有限公司 碳基复合材料及其制备方法与应用

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002028996A (ja) * 2000-07-17 2002-01-29 Sadao Kumasaka 電磁波吸収のステルス性不燃ボード
CN103482996A (zh) * 2013-10-14 2014-01-01 中国科学院山西煤炭化学研究所 一种制备炭纤维与石墨烯复合纸的方法
US20140154941A1 (en) * 2012-12-05 2014-06-05 Aruna Zhamu Unitary graphene matrix composites containing carbon or graphite fillers
CN105064000A (zh) * 2015-09-16 2015-11-18 天津工业大学 一种石墨烯整理织物吸波材料及其制备方法
CN108530100A (zh) * 2018-05-25 2018-09-14 吉林大学 一种碳基吸波膜及制备方法
CN109461593A (zh) * 2018-11-28 2019-03-12 湖南大学 功能化石墨烯水凝胶/功能化碳布复合织物、柔性全固态超级电容器集成电极及制备方法
US20200131405A1 (en) * 2017-05-27 2020-04-30 Hangzhou Gaoxi Technology Co., Ltd. Method for preparing composites on basis of graphene bonding
CN111364236A (zh) * 2020-03-17 2020-07-03 湖州纳尼亚实业有限公司 一种柔性电磁屏蔽织物及其制备方法
CN111705514A (zh) * 2020-06-05 2020-09-25 天津工业大学 一种用于电磁屏蔽领域的单层涂层碳纤维织物及其制备方法

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002028996A (ja) * 2000-07-17 2002-01-29 Sadao Kumasaka 電磁波吸収のステルス性不燃ボード
US20140154941A1 (en) * 2012-12-05 2014-06-05 Aruna Zhamu Unitary graphene matrix composites containing carbon or graphite fillers
CN103482996A (zh) * 2013-10-14 2014-01-01 中国科学院山西煤炭化学研究所 一种制备炭纤维与石墨烯复合纸的方法
CN105064000A (zh) * 2015-09-16 2015-11-18 天津工业大学 一种石墨烯整理织物吸波材料及其制备方法
US20200131405A1 (en) * 2017-05-27 2020-04-30 Hangzhou Gaoxi Technology Co., Ltd. Method for preparing composites on basis of graphene bonding
CN108530100A (zh) * 2018-05-25 2018-09-14 吉林大学 一种碳基吸波膜及制备方法
CN109461593A (zh) * 2018-11-28 2019-03-12 湖南大学 功能化石墨烯水凝胶/功能化碳布复合织物、柔性全固态超级电容器集成电极及制备方法
CN111364236A (zh) * 2020-03-17 2020-07-03 湖州纳尼亚实业有限公司 一种柔性电磁屏蔽织物及其制备方法
CN111705514A (zh) * 2020-06-05 2020-09-25 天津工业大学 一种用于电磁屏蔽领域的单层涂层碳纤维织物及其制备方法

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113930051A (zh) * 2021-11-03 2022-01-14 一汽解放汽车有限公司 碳基复合材料及其制备方法与应用

Also Published As

Publication number Publication date
CN112900077B (zh) 2022-01-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Fan et al. Investigation of adjacent spacing dependent microwave absorption properties of lamellar structural Ti3C2Tx MXenes
Zhao et al. Corrosive synthesis and enhanced electromagnetic absorption properties of hollow porous Ni/SnO 2 hybrids
Chen et al. Carbon fibers@ Co-ZIFs derivations composites as highly efficient electromagnetic wave absorbers
CN108521754B (zh) 一种多孔碳基电磁吸波剂及其制备方法
Kumar et al. A flexible sandwich graphene/silver nanowires/graphene thin film for high-performance electromagnetic interference shielding
Liu et al. In situ constructed honeycomb-like NiFe2O4@ Ni@ C composites as efficient electromagnetic wave absorber
Nie et al. Layered-structure N-doped expanded-graphite/boron nitride composites towards high performance of microwave absorption
CN111410194B (zh) 一种由zif-67/三聚氰胺制得的复合电磁吸波泡沫及其制备方法
Li et al. Ni@ nylon mesh/PP composites with a novel tree-ring structure for enhancing electromagnetic shielding
CN113462357B (zh) 一种吸波粒子及其复合材料的制备方法和应用
CN112900077B (zh) 一种具有吸波特性的氧化石墨烯/碳纤维织物的制备方法
CN107840324B (zh) 一种轻质、柔性石墨烯基多元复合吸波膜及其制备方法
CN110028931A (zh) 石墨烯/非晶碳纳米管/镍钴硫化物复合杂化材料及制备方法
CN106350003B (zh) 一种多孔石墨烯/四氧化三铁复合吸波材料的制备方法
Wang et al. Carbon fiber enhanced mechanical and electromagnetic absorption properties of magnetic graphene-based film
CN112442334A (zh) 一种钡铁氧体碳球复合吸波材料及其制备方法
Yang et al. Improved dielectric properties and microwave absorbing properties of SiC Nanorods/Ni core-shell structure
Sun et al. Lightweight porous carbon/rGO/Ni chain composite with excellent microwave absorption performance and multi-functional properties
Liu et al. Electromagnetic and microwave absorption properties of Ag wrapped MXene composite with frequency selective surface incorporation
CN114657775A (zh) 一种阻燃耐寒防割屏蔽多频谱面料及其制备方法
CN108530100B (zh) 一种碳基吸波膜及制备方法
Meng et al. Flexible, superhydrophobic, and self-cleaning rGO/LDH/PPy-modified fabric for full X-band electromagnetic wave absorption
Hu et al. Sulfur-doped wood-derived porous carbon for optimizing electromagnetic response performance
Moradi et al. Effect of morphology and microstructure of NiCo nanoparticles on the electromagnetic shielding behavior of flexible and durable NiCo-coated carbon fibers
Zhang et al. Tunable electromagnetic properties of Ti 3 C 2 T x/rGO foams decorated with NiO particles

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
CB03 Change of inventor or designer information
CB03 Change of inventor or designer information

Inventor after: Zheng Xianliang

Inventor after: Xu Chuanmin

Inventor after: Wang Xin

Inventor after: Yu Xianli

Inventor before: Xu Chuanmin

Inventor before: Wang Xin

Inventor before: Zheng Xianliang

Inventor before: Yu Xianli

GR01 Patent grant
GR01 Patent grant