CN114426691A - 一种石墨烯电磁屏蔽复合材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种石墨烯电磁屏蔽复合材料制备方法，包括以下步骤：采用物理或化学法剥离高定向热解石墨制备石墨烯纳米片；将石墨烯纳米片和高分子基体材料分散于极性有机分散剂中，形成石墨烯‑高分子混合液；最后通过外加磁场使石墨烯纳米片在溶液中实现定向排列，将其固化处理，进而得到高定向排列的各向异性石墨烯电磁屏蔽复合材料。本发明可使石墨烯电磁屏蔽复合材料中的纳米片定向排列，并采用没有官能团的石墨烯纳米片，解决了石墨烯电磁屏蔽材料性能不佳的问题。

Description

一种石墨烯电磁屏蔽复合材料及其制备方法
技术领域
本发明属于电磁材料屏蔽技术领域，尤其涉及一种石墨烯电磁屏蔽复合材料及其制备方法。
背景技术
无线通信技术的快速发展给人类社会带来了诸多便利，比如蓝牙、家庭WIFI和5G通信。这些技术不仅让世间万物互通互联，也让世界变得更加智能与高效。但是随着无线通信技术的广泛应用，电磁波产生的辐射干扰逐渐引起科学界重视，因为这种电磁污染的增加不仅会导致电子产品出现故障和性能下降，而且在一定程度上还会严重影响周围环境以及人类健康。在这种情况下，理想屏蔽材料除了需要具有高的屏蔽效率之外，还需要具有易于加工、超薄、轻质以及高强度等技术特点。传统的金属、金属合金、陶瓷等屏蔽材料，由于高密度、易脆性和耐腐蚀性差等缺点不能满足更高的使用要求，因而需要开发更先进的屏蔽材料来解决这些问题。
石墨烯由于具有远超其他材料的导电性、大纵横比、柔韧性和出色的机械性能，加之制备成本低廉，因而在薄而柔软的屏蔽复合材料的开发中备受关注。为了将石墨烯的优点与其他高分子材料的优点相结合，当前，石墨烯复合材料的生产中主要是将石墨烯无序地混合于其他聚合物中。然而，石墨烯作为一种典型二维纳米材料，其形状各向异性导致其性能差异显著。例如，不同方向的石墨烯的电导率可相差10000倍。简单无序地混合石墨烯纳米片于高分子基材中将无法充分利用石墨烯的各向异性的性能，使得复合材料在宏观整体上性能大大减弱。因此，只有当大量的石墨烯纳米片被排列在一起形成统一有序结构时，才可以将微纳米尺寸石墨烯功能基元的电磁屏蔽性能在宏观尺寸的复合材料上展现出来。
由于高分子基材中中控制石墨烯填料的取向相对困难，传统石墨烯排列的主要方法有机械挤压剪切排列法、溶液自组装排列法、真空辅助过滤法、流延法和冷冻浇铸法等，虽然这些方法对石墨烯纳米片的排列能起到一定的效果，但是排列有序程度较低，并且也仅限于薄膜。目前仅有很少的研究采用磁场直接调控原始石墨烯填料取向对石墨烯复合材料性能影响的研究。中国发明专利CN110283450B公开了一种通过磁场调控石墨烯排列制备柔性导电复合材料的方法；专利CN112898564A公开了在外磁场条件下定向排列的尼龙的制备方法；它们都是将磁性纳米颗粒附着在氧化石墨烯纳米片上再混入聚合物中，然后再施加静态磁场。通过磁场与氧化石墨烯纳米片上磁性纳米颗粒的相互作用，进而调控氧化石墨烯在在聚合物基体中的取向，使得石墨烯复合材料的电导率或导热率得到了进一步提升。但鉴于使用的石墨烯为氧化石墨烯，其含有一系列的含氧官能团，如羧基、酮、环氧和羟基，这些官能团和缺陷的存在使石墨烯的本征晶格结构遭到严重破坏，从而使氧化石墨烯复合材料的电导远小于理想值。此外，由于氧化石墨烯的本征结构被严重破坏，使其自身的本征抗磁性大幅减弱，只有依靠辅助磁性纳米颗粒的加入才能实现磁场的排列响应，但磁性颗粒的加入也会给材料系统带来一定的污染，这将影响石墨烯宏观排列后的性能研究和应用效果。如中国发明专利CN113416420A公开了一种定向排列石墨烯超高热导率复合材料及其制备方法，采用外加静态磁场调控石墨烯纳米片的排列取向，使得石墨烯复合材料的导热性优于简单混合的石墨烯复合材料。但是石墨烯作为一种典型的二维材料，在静态磁场下只能实现沿磁场方向上一个维度的取向，因为在静态磁场下的石墨烯可以以磁场方向为旋转轴自由转动，严格来讲这种条件下排列的石墨烯也是混乱分布，在宏观上并没有充分展示出石墨烯固有的平面二维性，也没有实现所有石墨烯平面长程有序的高度平行排列。因此，常规石墨烯材料电磁屏蔽性能不佳，影响了石墨烯作为电磁屏蔽材料的应用。
发明内容
本发明目的在于提供一种石墨烯电磁屏蔽复合材料及其制备方法,以解决石墨烯电磁屏蔽材料屏蔽性能不佳的技术问题。
为解决上述技术问题，本发明的一种石墨烯电磁屏蔽复合材料及其制备方法的具体技术方案如下：
首先，本发明的一种石墨烯电磁屏蔽复合材料制备方法，包括以下步骤：
(1)采用物理或化学法剥离高定向热解石墨制备多层石墨烯纳米片粉末；
(2)将多层石墨烯纳米片粉末超声得到分散的石墨烯纳米片，将分散的石墨烯纳米片和高分子基体材料加热搅拌分散于极性有机分散剂中，待各自均匀分散后再进行搅拌，共混均匀形成石墨烯-高分子混合液；
(3)将石墨烯-高分子混合液注入模具槽中并采用恒温加热片对其进行恒温加热，同时在其外部施加磁场使石墨烯纳米片在溶液中实现定向排列，待有机分散剂挥发完全后得到高定向排列的石墨烯复合材料胶体，将其固化处理，进而得到高定向排列的各向异性石墨烯电磁屏蔽复合材料。
在步骤(1)中，所述多层石墨烯纳米片粉末为原始多层石墨烯纳米片粉末，不含有官能团。
在步骤(3)中，所述磁场为旋转磁场。
在步骤(1)中，所述化学法为：将高定向热解石墨浸泡在K2SO4盐溶液中，采用电化学剥离制备多层石墨烯纳米片的混合液，然后对混合液进行冷冻干燥处理制备出多层石墨烯纳米片粉末；所述物理法为：将高定向热解石墨，通过插层剥离和冷冻干燥技术制备出多层石墨烯纳米片粉末。
在步骤(2)中，所述高分子基体材料包括EP、PVDF、PP、PVDF-HFP、ABS、WPU中的至少一种。
进一步，所述高分子基体材料为EP和PVDF的混合材料。
更进一步，EP和PVDF的混合材料中PVDF的质量分数为1％-30％。
在步骤(2)中，极性有机溶剂为N-甲基吡咯烷酮，选用如下配比：多层石墨烯纳米片粉末的质量与N-甲基吡咯烷酮的体积比为5:1mg/mL至20:1mg/mL，高分子基体材料的质量与N-甲基吡咯烷酮的体积比为60:1mg/mL至100:1mg/mL，石墨烯纳米片在所得到的石墨烯复合材料中所占的质量分数为1％至90％。
本发明还提供一种由上述制备方法制备得到的石墨烯电磁屏蔽复合材料。
进一步，所述石墨烯电磁屏蔽复合材料的厚度为60纳米至2毫米。
进一步优选，所述石墨烯电磁屏蔽复合材料的厚度为1.5毫米。
本发明的有益效果是：
(1)通过物理剥离高定向热解石墨制备高质量的原始多层石墨烯纳米片粉末，不含有官能团，如羧基、酮、环氧和羟基，在很大程度上降低了石墨烯本征结构的破坏，保留了石墨烯优异的本征抗磁性，使其在几十毫特斯拉的磁场强度下不加辅助磁性颗粒就能迅速产生排列取向响应，克服了现有技术利用氯化铁的磁性进行辅助排列的缺点，从而避免了辅助材料带来的污染，增强了石墨烯宏观排列后的性能和应用效果，为实现理想电磁屏蔽效果提供了充分保证。
(2)将石墨烯分散液置于旋转磁场中，石墨烯纳米片会被高度有序地平行排列形成复合材料，并且可以调节外部旋转磁场与模具槽的角度，实现石墨烯纳米片在聚合物基体内的任意取向控制。由于石墨烯纳米片在面内具有极高的电导率，相比于混乱取向的石墨烯复合材料，平行排列石墨烯形成的电导复合材料在沿着石墨烯平行排列的方向表现出更高的性能。当石墨烯水平排列制成电磁干扰屏蔽复合材料时，可以将水平排列的石墨烯纳米片看成多个微谐振腔，使电磁波传播被限制在其内部进行多次反射吸收。此外，当电磁波入射到石墨烯复合材料中时，平行排列的石墨烯纳米片与高分子基质将形成多个极化微电容，进而形成极化反电场，进一步使材料整体对电磁波进行吸收。
附图说明
图1为本发明的石墨烯电磁屏蔽复合材料制备方法流程图；
图2为本发明制备的石墨烯纳米片的扫描电子显微镜图；
图3为本发明所使用的水平旋转磁场装置示意图；
图4为本发明制备的石墨烯纳米片在无磁场、水平静态磁场和水平旋转磁场下而产生的排列取向示意图、液态实物图和固体实物图；
图5为本发明石墨烯复合材料中石墨烯纳米片在无磁场、水平静态磁场和水平旋转磁场下排列取向的电子显微镜图；
图6为本发明石墨烯/环氧树脂复合材料中石墨烯纳米片在无磁场、水平静态磁场和水平旋转磁场下的XRD表征图。
具体实施方式
为了更好地了解本发明的目的、结构及功能，下面结合附图，对本发明一种石墨烯复合材料制备方法其制得的电磁屏蔽材料做进一步详细的描述。
如图1所示，本发明的一种石墨烯电磁屏蔽复合材料制备方法，包括以下步骤：
(1)采用物理或化学法剥离高定向热解石墨制备多层石墨烯纳米片粉末；
(2)将多层石墨烯纳米片粉末超声得到分散的石墨烯纳米片，将分散的石墨烯纳米片和高分子基体材料加热搅拌分散于极性有机分散剂中，待各自均匀分散后再进行搅拌，共混均匀形成石墨烯-高分子混合液；
(3)将石墨烯-高分子混合液注入模具槽中并采用恒温加热片对其进行恒温加热，同时在其外部施加磁场使石墨烯纳米片在溶液中实现定向排列，待有机分散剂挥发完全后得到高定向排列的石墨烯复合材料胶体，将其固化处理，进而得到高定向排列的各向异性石墨烯电磁屏蔽复合材料。其中，所述磁场为旋转磁场。即在电动机的转轴上安装、固定一对钕铁硼磁铁，通过电动机转轴的转动而使钕铁硼磁铁旋转进而得到旋转磁场。相比与静态磁场，旋转磁场能约束石墨烯纳米片在空间上的两个自由度(旋转平面)，实现石墨烯长程有序的排列，进而充分利用石墨烯的二维特性，最终使石墨烯纳米片在一个平面内排列，增加石墨烯电磁屏蔽复合材料的电磁屏蔽性能。
具体的，所述化学法为：将高定向热解石墨浸泡在K2SO4盐溶液中，采用电化学剥离制备多层石墨烯纳米片的混合液，然后对混合液进行冷冻干燥处理制备出多层石墨烯纳米片粉末。所述物理法为：将高定向热解石墨，通过插层剥离和冷冻干燥技术制备出多层石墨烯纳米片粉末。石墨烯纳米片具有朗道抗磁性，当外部磁场的磁场方向与石墨烯表面垂直时，石墨烯纳米片中的自由电子受洛伦兹力作用在石墨烯平面内做圆周运动，从而产生弱的反磁场使其翻转，直到其表面与外部磁场平行。其他方法中，磁性辅助粒子通常具有顺磁性，由于磁场强度在空间中的分布有梯度差，当铁磁性粒子分布靠近磁极一侧时，其所受的磁场力将大于远离磁极一侧，此时铁磁性粒子将向靠近磁极一侧运动而聚集，进而使其在基材中分布不均匀。此外，含有铁磁性粒子的复合材料由于存在被磁化的可能而不能应用于电子精密器件。本发明的方法在不加铁磁性粒子的情况下，通过旋转排列也能达到与添加辅助粒子同样的的屏蔽性能。
将多层石墨烯纳米片粉末超声得到分散的石墨烯纳米片。将得到的分散的石墨烯纳米片和高分子聚合物超声、加热搅拌各1小时使其均匀分散于极性有机溶剂中，如N-甲基吡咯烷酮，待各自均匀分散后再进行共混形成石墨烯-高分子混合液；图2为本发明制备的分散的石墨烯纳米片的扫描电子显微镜图，从图可以看出中分散的石墨烯纳米片的横向尺寸大于0.5μm，纵向尺寸小于5nm。如图3所示，将石墨烯-高分子混合液注入硅胶模具(例如圆形硅胶磨具)中并采用陶瓷加热片对模具底部进行45℃恒温加热，同时施加磁场强度为300mT的水平旋转磁场使石墨烯纳米片在分散液中定向排列，待溶剂挥发完全后再放入120℃的恒温鼓风干燥箱中12小时，最后得到高定向排列的石墨烯复合材料，即石墨烯纳米片在基体材料中都是平行排列的统一取向。
其中，所述多层石墨烯纳米片粉末为原始多层石墨烯纳米片粉末，不含有官能团，如羧基、酮、环氧和羟基。与之相对的是多层氧化石墨烯纳米片粉末，含有官能团，这使得它容易与有机物结合反应。这些官能团和缺陷的存在使石墨烯的本征晶格结构遭到严重破坏，从而使氧化石墨烯复合材料的电导远小于理想值，从而影响电磁屏蔽性能。
其中，所述高分子基体材料包括EP、PVDF、PP、PVDF-HFP、ABS、WPU中的至少一种。
进一步，所述高分子基体材料为EP和PVDF的混合材料，EP和PVDF的混合材料中PVDF的质量分数为1％-30％。
进一步，极性有机溶剂为N-甲基吡咯烷酮，选用如下配比：多层石墨烯纳米片粉末的质量与N-甲基吡咯烷酮的体积比为5:1mg/mL至20:1mg/mL，高分子基体材料的质量与N-甲基吡咯烷酮的体积比为60:1mg/mL至100:1mg/mL，石墨烯纳米片在所得到的石墨烯复合材料中所占的质量分数为1％至90％。
本发明还提供一种石墨烯电磁屏蔽复合材料，包含上述方法制得的高定向排列的石墨烯复合材料。
进一步，所述高定向排列的各向异性石墨烯复合材料的厚度为60纳米至2毫米。
进一步优选，所述高定向排列的各向异性石墨烯复合材料的厚度为1.5毫米。
实施例1
将高定向热解石墨，通过插层剥离和冷冻干燥技术制备出多层石墨烯纳米片粉末。取一定质量的多层石墨烯纳米片粉末和环氧树脂(EP)分别超声、加热搅拌各1小时使其分散于N-甲基吡咯烷酮中，待各自均匀分散后再进行共混形成石墨烯-环氧树脂均匀混合液；将均匀混合液注入直径为30mm的圆形硅胶模具中，并采用陶瓷加热片对模具底部进行45℃恒温加热，同时施加磁场强度为300mT的水平旋转磁场使石墨烯纳米片在分散液中定向排列，待溶剂挥发完全后再放入120℃的恒温鼓风干燥箱中12小时进行干燥和固化，最后得到石墨烯质量分为20wt％的高定向排列的石墨烯/环氧树脂复合材料。其中每个样品中的各组分用量为：石墨烯纳米片的质量为330mg、N-甲基吡咯烷酮的体积为20ml、环氧树脂的质量为1.3g(其中固化剂的质量为0.13g)。
作为静态对比实验例1，制备石墨烯-环氧树脂均匀混合液的流程和各组分的用量保持不变；将均匀混合液注入直径为30mm的圆形硅胶模具中，并采用陶瓷加热片对模具底部进行45℃恒温加热，同时施加磁场强度为300mT的水平静态磁场使石墨烯纳米片在分散液中定向排列，待溶剂挥发完全后再放入120℃的恒温鼓风干燥箱中12小时进行干燥和固化，最后得到石墨烯质量分为20wt％的排列的石墨烯/环氧树脂复合材料。静态对比实验例1和实施例的差异在于：实施例施加有水平旋转磁场，静态对比实验例1施加有水平静态磁场。
作为无磁对比实验例1，制备石墨烯-环氧树脂均匀混合液的流程和各组分的用量保持不变；将均匀混合液注入直径为30mm的圆形硅胶模具中，并采用陶瓷加热片对模具底部进行45℃恒温加热，待溶剂挥发完全后再放入120℃的恒温鼓风干燥箱中12小时进行干燥和固化，最后得到石墨烯质量分为20wt％无序混合的石墨烯/环氧树脂复合材料。无磁对比实验例1和实施例的差异在于：实施例施加有水平旋转磁场，无磁对比实验例1无磁场。
实施例2
将高定向热解石墨，通过插层剥离和冷冻干燥技术制备出多层石墨烯纳米片粉末。取一定质量的多层石墨烯纳米片粉末超声1小时使其均匀分散于N-甲基吡咯烷酮中，得到分散液，再向分散液中添加一定质量的聚偏二氟乙烯和环氧树脂，并通过加热搅拌(60℃、800rpm)和超声各1小时进行共混处理，最后形成石墨烯-环氧树脂-聚偏二氟乙烯(PVDF)均匀混合液；将均匀混合液注入直径为30mm的圆形硅胶模具中，并采用陶瓷加热片对模具底部进行45℃恒温加热，同时施加磁场强度为300mT的水平旋转磁场使石墨烯纳米片在混合液中定向排列，待溶剂挥发完全后再放入120℃的恒温鼓风干燥箱中12小时进行干燥和固化，最后得到石墨烯质量分为20wt％、聚偏二氟乙烯质量分数为17wt％的高定向排列的石墨烯/环氧树脂/聚偏二氟乙烯复合材料。其中每个样品中的各组分用量为：原始多层石墨烯纳米片的质量为330mg、N-甲基吡咯烷酮的体积为20ml、聚偏二氟乙烯的质量为0.28g、环氧树脂的质量为1g(其中固化剂的质量为0.1g)。
作为静态对比实验例2，制备石墨烯-环氧树脂-聚偏二氟乙烯均匀混合液的流程和各组分的用量保持不变；将均匀混合液注入直径为30mm的圆形硅胶模具中，并采用陶瓷加热片对模具底部进行45℃恒温加热，同时施加磁场强度为300mT的水平静态磁场使石墨烯纳米片在分散液中定向排列，待溶剂挥发完全后再放入120℃的恒温鼓风干燥箱中12小时进行干燥和固化，最后得到石墨烯质量分为20wt％、聚偏二氟乙烯质量分数为17wt％的排列的石墨烯/环氧树脂/聚偏二氟乙烯复合材料。静态对比实验例2和实施例的差异在于：实施例施加的是水平旋转磁场，静态对比实验2为水平静态磁场。
作为无磁对比实验例2，制备石墨烯-环氧树脂-聚偏二氟乙烯均匀混合液的流程和各组分的用量保持不变；将均匀混合液注入直径为30mm的圆形硅胶模具中，并采用陶瓷加热片对模具底部进行45℃恒温加热，待溶剂挥发完全后再放入120℃的恒温鼓风干燥箱中12小时进行干燥和固化，最后得到石墨烯质量分为20wt％、聚偏二氟乙烯质量分数为17wt％的无序混合排列的石墨烯/环氧树脂/聚偏二氟乙烯复合材料。无磁对比实验例2和实施例的差异在于：实施例施加有水平旋转磁场，无磁对比实验例2无磁场。
实施例3
将高定向热解石墨，通过插层剥离和冷冻干燥技术制备出多层石墨烯纳米片粉末。先取一定质量的多层石墨烯纳米片粉末超声1小时使其均匀分散于N-甲基吡咯烷酮中，再向所得混合溶液中添加一定质量的聚偏二氟乙烯和环氧树脂，并通过加热搅拌(60℃、800rpm)和超声各1小时进行共混处理，最后形成石墨烯-环氧树脂-聚偏二氟乙烯均匀混合液；将均匀混合液注入直径为30mm的圆形硅胶模具中，并采用陶瓷加热片对模具底部进行45℃恒温加热，同时施加磁场强度为300mT的水平旋转磁场使石墨烯纳米片在分散液中定向排列，待溶剂挥发完全后再放入120℃的恒温鼓风干燥箱中12小时进行干燥和固化，最后得到石墨烯质量分为20wt％、聚偏二氟乙烯质量分数为25wt％的高定向排列的石墨烯/环氧树脂/聚偏二氟乙烯复合材料。其中每个样品中的各组分用量为：石墨烯纳米片的质量为330mg、N-甲基吡咯烷酮的体积为20ml、聚偏二氟乙烯的质量为0.4g、环氧树脂的质量为0.9g(其中固化剂的质量为0.1g)。
作为静态对比实验例3，制备石墨烯-环氧树脂-聚偏二氟乙烯均匀混合液的流程和各组分的用量保持不变；将均匀混合液注入直径为30mm的圆形硅胶模具中，并采用陶瓷加热片对模具底部进行45℃恒温加热，同时施加磁场强度为300mT的水平静态磁场使石墨烯纳米片在分散液中定向排列，待溶剂挥发完全后再放入120℃的恒温鼓风干燥箱中12小时进行干燥和固化，最后得到石墨烯质量分为20wt％、聚偏二氟乙烯质量分数为25wt％的排列的石墨烯/环氧树脂/聚偏二氟乙烯复合材料。静态对比实验例3和实施例的差异在于：实施例施加的是水平旋转磁场，静态对比实验3为水平静态磁场。
作为无磁对比实验例3，制备石墨烯-环氧树脂-聚偏二氟乙烯均匀混合液的流程和各组分的用量保持不变；将均匀混合液注入直径为30mm的圆形硅胶模具中，并采用陶瓷加热片对模具底部进行45℃恒温加热，待溶剂挥发完全后再放入120℃的恒温鼓风干燥箱中12小时进行干燥和固化，最后得到石墨烯质量分为20wt％、聚偏二氟乙烯质量分数为25wt％的无序混合排列的石墨烯/环氧树脂/聚偏二氟乙烯复合材料。无磁对比实验例3和实施例的差异在于：实施例施加有水平旋转磁场，无磁对比实验例3无磁场。
图4展示了石墨烯纳米片在无磁场、水平静态磁场和水平旋转磁场下而产生的排列取向示意图、液态实物图和固体实物图。由于三种排列方式造成石墨烯纳米片在水平面内的有序度不同，造成了颜色的差异：对于无磁场固态图，由于石墨烯纳米片在水平面内有序度小，因此光吸收多，样品呈黑色；而对于水平旋转磁场固态图，由于石墨烯纳米片在水平面内有序度高，造成许多光线的反射，因此样品较亮。图5展示了石墨烯复合材料中石墨烯纳米片在无磁场、水平静态磁场和水平旋转磁场下排列取向的SEM图。图5从微观尺度上证明了三种排列方式的石墨烯纳米片有序度差异。图6为本发明石墨烯/环氧树脂复合材料中石墨烯纳米片在无磁场、水平静态磁场和水平旋转磁场下的XRD表征图。XRD得半峰宽度通常用来表征样品的有序度，从图6XRD图可以看出，有序度越高，半峰宽度越小，信号峰越强。
将实施例1-3所得的水平旋转磁场定向排列石墨烯复合材料、水平静态磁场定向排列石墨烯复合材料和无磁混合的石墨烯复合材料的电磁屏性能进行测试，其测试对比结果如下表：
Figure BDA0003502281490000101
可以看出，通过水平旋转磁场定向排列的石墨烯复合材料的电磁屏蔽效能相比于水平静态磁场和无磁混合的石墨烯复合材料的电磁屏蔽效能都得到显著提高，同时电磁屏蔽效能随着聚偏二氟乙烯的含量增加而增加。主要有以下两种原因：第一，水平旋转磁场下的石墨烯纳米片是平行排列分布，可以形成类谐振腔的微电容结构；第二，相比于环氧树脂材料，聚偏二氟乙烯的介电常数和介电损耗因子更大，更有利于电磁波的衰减和吸收。
实施例5
本实施例还提供一种由上述实施例的制备方法制备得到的石墨烯电磁屏蔽复合材料。
进一步，所述石墨烯电磁屏蔽复合材料的厚度为60纳米2毫米。
可选地，所述石墨烯电磁屏蔽复合材料的厚度为1.5毫米。
可以理解，本发明是通过一些实施例进行描述的，本领域技术人员知悉的，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以对这些特征和实施例进行各种改变或等效替换。另外，在本发明的教导下，可以对这些特征和实施例进行修改以适应具体的情况及材料而不会脱离本发明的精神和范围。因此，本发明不受此处所公开的具体实施例的限制，所有落入本申请的权利要求范围内的实施例都属于本发明所保护的范围内。

Claims (10)

1.一种石墨烯电磁屏蔽复合材料制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)采用物理或化学法剥离高定向热解石墨制备多层石墨烯纳米片粉末；
(2)将多层石墨烯纳米片粉末超声得到分散的石墨烯纳米片，将分散的石墨烯纳米片和高分子基体材料加热搅拌分散于极性有机分散剂中，待各自均匀分散后再进行搅拌，共混均匀形成石墨烯-高分子混合液；
(3)将石墨烯-高分子混合液注入模具槽中并采用恒温加热片对其进行恒温加热，同时在其外部施加磁场使石墨烯纳米片在溶液中实现定向排列，待有机分散剂挥发完全后得到高定向排列的石墨烯复合材料胶体，将其固化处理，进而得到高定向排列的各向异性石墨烯电磁屏蔽复合材料。
2.根据权利要求1所述的石墨烯电磁屏蔽复合材料制备方法，其特征在于，在步骤(1)中，所述多层石墨烯纳米片粉末为原始多层石墨烯纳米片粉末，不含有官能团。
3.根据权利要求2所述的石墨烯电磁屏蔽复合材料制备方法，其特征在于，在步骤(3)中，所述磁场为旋转磁场。
4.根据权利要求3所述的石墨烯电磁屏蔽复合材料制备方法，其特征在于，所述化学法为：将高定向热解石墨浸泡在K2SO4盐溶液中，采用电化学剥离制备多层石墨烯纳米片的混合液，然后对混合液进行冷冻干燥处理制备出多层石墨烯纳米片粉末；所述物理法为：将高定向热解石墨，通过插层剥离和冷冻干燥技术制备出多层石墨烯纳米片粉末。
5.根据权利要求4所述的石墨烯电磁屏蔽复合材料制备方法，其特征在于，在步骤(2)中，所述高分子基体材料包括EP、PVDF、PP、PVDF-HFP、ABS、WPU中的至少一种。
6.根据权利要求5所述的石墨烯电磁屏蔽复合材料制备方法，其特征在于，所述高分子基体材料为EP和PVDF的混合材料。
7.根据权利要求6所述的石墨烯电磁屏蔽复合材料制备方法，其特征在于，EP和PVDF的混合材料中PVDF的质量分数为1％-30％。
8.根据权利要求5所述的石墨烯电磁屏蔽复合材料制备方法，其特征在于，在步骤(2)中，极性有机溶剂为N-甲基吡咯烷酮，选用如下配比：多层石墨烯纳米片粉末的质量与N-甲基吡咯烷酮的体积比为5:1mg/mL至20:1mg/mL，高分子基体材料的质量与N-甲基吡咯烷酮的体积比为60:1mg/mL至100:1mg/mL，石墨烯纳米片在所得到的石墨烯复合材料中所占的质量分数为1％至90％。
9.一种如权利要求1-8任一项所述的石墨烯电磁屏蔽复合材料制备方法制备得到的石墨烯电磁屏蔽复合材料。
10.根据权利要求9所述的石墨烯电磁屏蔽复合材料，其特征在于，所述石墨烯电磁屏蔽复合材料的厚度为60nm-2mm。
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