CN115807355A - 含石墨烯的碳纸制造方法及使用其的电磁波屏蔽片 - Google Patents

Abstract

本发明涉及碳纸制造方法，具体涉及即使不使用金属物质也能屏蔽电磁波且能够提高导电率，而且为了制造具有柔性的电磁波屏蔽物质，在作为纤维素纤维的漂白纸浆中添加石墨烯，制成含有纤维素纤维/石墨烯的纸张，并通过对其进行高温碳化来制造碳纸的方法及使用基于该方法制造的碳纸的电磁波屏蔽片。

Description

含石墨烯的碳纸制造方法及使用其的电磁波屏蔽片

技术领域

本发明涉及碳纸制造方法，更具体地，涉及即使不使用金属物质也能屏蔽电磁波且能够提高导电率，而且为了制造具有柔性的电磁波屏蔽物质，在作为纤维素纤维的漂白纸浆中添加石墨烯，制成含纤维素纤维/石墨烯的纸张，并通过对其进行高温碳化来制造碳纸的方法及使用基于该方法制造的碳纸的电磁波屏蔽片。

背景技术

近来，随着社会的迅急速发展，现代人不可避免地长时间地暴露在电磁气波(以下称之为'电磁波')中，所述电磁波包括由各种电子设备产生的电波。所述电磁波对身体危害性的说法被提及，而且电磁波被认为对包括汽车突然意外加速在内的电子设备障碍及信号质量下降以及环境带来各种问题。

因此，近来随着智能手机的多功能化、可穿戴设备、物联网、汽车的电装化市场的成长，对电磁波屏蔽材料的需求大幅度增加。为了屏蔽电磁波，现有技术使用金属材料如铝或铜，由于金属材料容易腐蚀且分散性弱，而且金属本身的坚固特性导致可成型性低，因此金属无法作为电磁波屏蔽材料应用于各种领域，并存在一定局限性。

由此，为了改善作为电磁波屏蔽材料而主要使用的金属屏蔽材料的缺点，本发明人对通过在作为纸张的主要原料的纤维素纤维中添加石墨烯的方法制造碳纸并利用碳纸的电磁波屏蔽片进行了研究。

现有技术文献

专利文献

专利文献：韩国专利授权号10-1935052(专利授权日：2018年12月27日)

发明内容

【技术问题】

本发明的目的在于，在无金属添加而含纤维素纤维/石墨烯的碳纸及利用其的电磁波屏蔽片的制造中，通过控制纤维素纤维中包含的石墨烯的含量和碳化温度，利用便利的方法制造高导电率且具有柔性的碳纸，并且使用所述碳纸制造电磁波屏蔽片。

【技术方案】

为了解决如上所述的技术问题，本发明的碳纸可通过以下工艺制成，该工艺具体包括以下步骤：

(1)将纤维素纤维和石墨烯以预定比例掺和到水中；

(2)对所述步骤(1)中获得的纤维素纤维/石墨烯溶液进行过滤或者捞纸；

(3)对所述步骤(2)中获得的纤维素纤维/石墨烯纸张进行干燥并压缩；

(4)对所述步骤(3)中干燥或者压缩得到的纤维素纤维/石墨烯纸张进行热处理并碳化。

【有益效果】

本发明的碳纸制造方法既简单又高效，基于该方法制造的碳纸及电磁波屏蔽片由于通过在作为纸张原料的纤维素纤维中添加石墨烯制成纸张后对其进行碳化的工艺制得，因此基于材料特性重量轻且柔性保持不变的同时能够提高导电率。

本发明的电磁波屏蔽片的主要原料为纤维素纤维，其作为从木材中提取的天然物质，废弃时还能够起到改善环境问题的效果。

本发明的电磁波屏蔽片既具有柔性的同时能够提高导电率，因此能够广泛地应用于智能手机、可穿戴设备、物联网、汽车电装化市场等。

附图说明

图1是基于本发明一实施例的纤维素纤维/石墨烯碳纸的制造方法的制造工艺流程图。

图2是根据纤维素纤维和石墨烯的各种比例及不同的碳化温度获得的纤维素/石墨烯碳纸的表面导电率的结果图。

图3是根据纤维素纤维和石墨烯的各种比例以及不同的碳化温度获得的纤维素/石墨烯碳纸的电磁屏蔽效能(Electromagnetic interference shieldingeffectiveness，EMI SE)的曲线图。

具体实施方式

下面，通过优选实施例对本发明进行详细说明。但是，应该理解的是，本实施例是为了更加清楚地说明本发明而提供的，使用的术语及单词不能仅限于一般的或者词典上的含义来进行解释，而应该以发明人为了以最佳的方式说明其发明而能够适当地定义术语概念的原则作为立足点，以符合本发明技术思想的含义和概念进行解释，本发明不受上述内容的限定。

如图1所示，本发明的碳纸可作为电磁波屏蔽片使用，可通过以下步骤制造包含石墨烯的碳纸。

(1)将从漂白纸浆等获得的纤维素纤维及石墨烯以预定比例掺和到水中；

优选地，通过添加交联剂或者粘合剂，可有助于纤维素纤维与石墨烯的混合液的成型。

(2)对所述步骤(1)中获得的纤维素纤维/石墨烯溶液进行过滤或者捞纸；

(3)对所述步骤(2)中获得的纤维素纤维/石墨烯纸张进行干燥并压缩；

(4)对所述步骤(3)中干燥或者压缩得到的纤维素纤维/石墨烯纸张进行碳化。

下面通过具体实施例对本发明进行详细说明。

根据本发明的碳纸制造方法中，所述步骤(1)中，以作为纤维素纤维的漂白纸浆为100重量份，将10-50重量份的石墨烯加入水中并获得混合溶液。纤维素纤维可由各种原料获得。即，由木材纸浆、非木材纸浆、废纸等获得，为了获得高品质的纸张，需进行漂白处理。石墨烯被称为理想的纳米物质，其结构为碳元素排列成蜂窝形态的六角形网状且形成单层平面结构。只是，很难获得单层的石墨烯，事实上是由2-3层或者更多层组成的石墨，肉眼看上去如碳粉。在如上所述的纤维素纤维和石墨烯的混合溶液中可优选添加粘合剂或者粘贴剂。这是为了使制造的纸张或者碳纸的结合力变大，进而提高拉伸强度。

所述步骤(2)包括利用过滤器从所述步骤(1)的溶液中捞出纸片的步骤。所述步骤为众所周知的、一般的造纸方法，在此省略其具体说明。在该步骤中通过过滤器将溶液中的水滤去并制成纸片之后对其进行充分的干燥。

所述步骤(3)是对所述步骤(2)中获得的纸片进行热压来制成各种厚度的纸片的步骤。

所述步骤(4)是对所述步骤(3)中获得的纸片进行碳化的步骤。用于碳化的热处理可以以每分钟1-10℃的升温速度在700-1500℃区间进行1-30分钟，所述热处理如果在低于700℃的区间进行则由于纤维素纤维的石墨体成长不充分导致几乎不显示导电率，如果超出1500℃则存在碳纤维变为容易破碎状态而且过度升温导致不必要的能耗的问题。

因此，根据本发明的电磁波屏蔽材料为通过碳化使用纤维素纤维/石墨烯的纸片而获得的碳纸，不是简单地通过在纸张原料即纤维素纤维中添加石墨烯来提高导电率并提升EMI SE值，而是碳化从纤维素纤维/石墨烯获得的纸片,这对提高导电率起到重要的作用。

下面，通过本发明的实施例进一步详细说明。只是，下面实施例仅用于示例性地说明本发明，本发明的内容并不受下面实施例的限制。

<实施例1>纤维素纤维/石墨烯碳纸的制造

步骤1：制备纤维素纤维/石墨烯溶液

以95：5、90：10、85：15的比例将作为漂白纸浆的纤维素纤维与石墨烯分别分散到100重量份的水中，且作为粘合剂放入1重量份的聚丙烯酰胺(Polyarcylamide)，之后进行混合。

步骤2：对纤维素纤维/石墨烯溶液进行过滤并捞纸

对纤维素纤维/石墨烯溶液进行物理性过滤并造纸，或者也可以利用捞汉纸的方式过滤纤维素纤维/石墨烯后进行造纸。

步骤3：对纤维素纤维/石墨烯纸片进行干燥并压缩

在对纤维素纤维/石墨烯纸张进行干燥后利用60℃的热压对纸片进行压缩。

步骤4：对所述压缩的纤维素纤维/石墨烯纸片进行碳化

将按照各比例的纤维素纤维/石墨烯获得的纸片重新在700℃、900℃、1000℃及1300℃下分别进行碳化并制成纤维素纤维/石墨烯碳纸片。

<分析结果>

1、测量导电率

随着石墨烯的温度增加导电率增加，碳化温度越是增加碳纸的导电率越是增加。这是由于石墨烯呈现107-108S/m的导电率，因此石墨烯的浓度越增加导电率越增加，其中，纤维素的碳化温度越是增加越会石墨烯化，这将有助于导电率的上升(图2)。

2、电磁屏蔽效能

随着石墨烯及碳化温度的增加导电率增加，电磁屏蔽效能呈现增加趋势。如果含有15重量百分比的石墨烯的纤维素纤维/石墨烯纤维在1300℃进行碳化，则高频的X频带波段呈现60dB以上，这表明可屏蔽99.999％以上(图3)。

虽然随着石墨烯的比例增加导电率及电磁屏蔽性能提高，但是由于石墨烯十分昂贵因此不能无计划的大量投入。

如上所述，本发明基于如具体组成要素的特定事项和有限的实施例及附图等进行了说明。这只是为了有助于更加全面地理解本发明而提供，本发明不受上述实施例的限定。对于本发明所属技术领域具有一般技术的人员而言，基于上述说明可进行各种修改及变更。

因此，本发明的技术思想不能局限于所述的实施例，在后述的权利要求书及与该权利要求书等同或存在等价变形的所有内容皆属于本发明的技术思想的范围。

Claims (5)

1.一种含石墨烯的碳纸制造方法，包括以下步骤：

(1)将纤维素纤维和石墨烯以预定比例掺和到水中并添加交联剂或者粘合剂；

(2)对所述步骤(1)中获得的纤维素纤维/石墨烯溶液进行过滤或者捞纸；

(3)对所述步骤(2)中获得的纤维素纤维/石墨烯纸张进行干燥并压缩；

(4)对所述步骤(3)中干燥或者压缩得到的纤维素纤维/石墨烯纸张进行热处理并碳化。

2.如权利要求1所述的含石墨烯的碳纸制造方法，其特征在于，所述纤维素纤维由选自木材、非木材、废木材、棉、稻中任意一个的纤维素获得。

3.如权利要求1所述的含石墨烯的碳纸制造方法，其特征在于，所述石墨烯是选自氧化石墨烯、还原石墨烯、石墨烯纳米板中的任意一个。

4.如权利要求1所述的含石墨烯的碳纸制造方法，其特征在于，所述步骤(4)的碳化热处理在700～1500℃下进行1～30分钟。

5.一种电磁波屏蔽片，其使用通过所述权利要求1至4中任一项所述的制造方法制造的碳纸。

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