TWI618481B - 石墨烯電磁防護結構以及石墨烯電磁防護結構之製造方法 - Google Patents

Abstract

一種石墨烯電磁防護結構以及石墨烯電磁防護結構之製造方法，石墨烯電磁防護結構包含第一石英基板及四層石墨烯六角形結構層，四層石墨烯六角形結構層堆疊設置在第一石英基板上，石墨烯六角形結構層中包含複數個六角形且中空的石墨烯結構單元，且這些石墨烯結構單元緊密鄰接成為蜂巢狀，藉此可以形成高防護電磁波效能的石墨烯貼片。

Description

石墨烯電磁防護結構以及石墨烯電磁防護結構之製造方法

本發明係關於一種石墨烯相關技術，尤指石墨烯電磁防護結構以及石墨烯電磁防護結構之製造方法。

石墨烯吸收電磁波的能力很強，可以有效作為電磁波屏蔽，產業界已經有採用石墨烯薄片貼附在3C產品外殼的技術，藉以作為電磁波防護的解決方案。

然而，人們當前與未來的生活環境正受物聯網概念的影響，積極快速的進入智慧家電的世代，家中到處充滿具有無線通訊功能的智慧家電，電磁波將更直接與密切的影響到人們的生活，所以有必要在活動場合中大面積的防護電磁波，才能真正使人們免於身體受到電磁波危害。

習知技術單純的採用石墨烯堆疊來防護電磁波，雖可達效果，但效能並不理想。最理想的方式是做成小的貼片，於需防護電磁波的場所，貼附如貼紙一般的石墨烯貼片，此方式在應用上最為理想，但是單純堆疊石墨烯的習知技術，其電磁波防護能力尚難達到令人滿意的程度，特別針對大面積的活動場所，尚難有理想的解決方案。

因此，本發明的主要目的在於提供一種石墨烯電磁防護結構以及石墨烯電磁防護結構之製造方法，以解決上述問題。

本發明之目的在提供一種石墨烯電磁防護結構以及石墨烯電磁防護結構之製造方法，具有良好的電磁波防護效益，且生產簡單，能輕易做成小面積石墨烯貼片，方便且容易的貼附在活動場所中，以防護電磁波對人體的侵擾。

本發明關於一種石墨烯電磁防護結構，石墨烯電磁防護結構包含第一石英基板、以及至少一石墨烯六角形結構層。

石墨烯六角形結構層設置於第一石英基板上，其中以四個層狀堆疊的石墨烯六角形結構層為佳。石墨烯六角形結構層包含複數個六角形且中空的石墨烯結構單元，該等石墨烯結構單元緊密鄰接成為蜂巢狀。

若為了考量表面防護，使石墨烯六角形結構層不易受外力接觸破壞，石墨烯電磁防護結構可以更包含第二石英基板，係與第一石英基板包夾所述的至少一石墨烯六角形結構層。

在設計上，石墨烯電磁防護結構的尺寸規格係符合法布里—珀羅諧振器的諧振效果。為了可做為小面積石墨烯貼片，可於第一石英基板遠於石墨烯六角形結構層的表面具有貼膠，並使石墨烯電磁防護結構為圓形或橢圓形的模組化貼片。

本發明也係關於一種石墨烯電磁防護結構之製造方法，先行將氧化石墨烯液體填充於3D列印機中。製造方法包含下列步驟：

步驟一：透過3D列印機的噴嘴產生石墨烯奈米線；

步驟二：接合石墨烯奈米線成為複數個六角形且中空的石墨烯結構單元，該等石墨烯結構單元緊密鄰接成為蜂巢狀的石墨烯六角形結構層，其中，以接續堆疊成四層的石墨烯六角形結構層為佳；以及

步驟三：高溫使石墨烯六角形結構層還原化，以完成石墨烯電磁防護結構，其中石墨烯電磁防護結構的尺寸規格係符合法布里—珀羅諧振器的諧振效果。

如前述為考量表面防護，使石墨烯六角形結構層不易受外力接觸破壞，製造方法更含下列步驟：將石墨烯六角形結構層設置於第一石英基板上；將第二石英基板與第一石英基板包夾石墨烯六角形結構層。

為了可做為小面積石墨烯貼片，製造方法更包含下列步驟：於第一石英基板遠於石墨烯六角形結構層的表面設置貼膠；裁切使石墨烯電磁防護結構為圓形或橢圓形的模組化貼片。

因此，利用本發明所提供一種石墨烯電磁防護結構以及石墨烯電磁防護結構之製造方法，藉由石墨烯六角形結構層中石墨烯結構單元的結構形狀，能具有良好的電磁波防護效益，且生產簡單，可輕易做成小面積石墨烯貼片，方便且容易的貼附在大空間的活動場所中，以防護電磁波對人體的侵擾。

關於本發明之優點與精神可以藉由以下的發明詳述及所附圖式得到進一步的瞭解。

有關本發明之前述及其他技術內容、特點與功效，在以下配合參考圖式之一較佳實施例的詳細說明中，將可清楚的呈現。以下實施例中所提到的方向用語，例如：上、下、左、右、前或後等，僅是參考附加圖式的方向。因此，使用的方向用語是用來說明並非用來限制本發明。

請參閱圖1，圖1係本發明石墨烯六角形結構層12之俯視示意圖。石墨烯六角形結構層12包含複數個六角形且中空的石墨烯結構單元1202，該等石墨烯結構單元1202彼此緊密鄰接而成為蜂巢狀的結構體，此種六角形結構可以與石墨烯本性結構產生對於電磁波防制的加成作用。

請參閱圖2，圖2係本發明石墨烯電磁防護結構10之側視示意圖。本明係關於一種石墨烯電磁防護結構10，石墨烯電磁防護結構10包含前述的石墨烯六角形結構層12以及第一石英基板14。

石墨烯六角形結構層12設置於第一石英基板14上，圖例中可見第一石英基板14上有四個層狀堆疊的石墨烯六角形結構層12，第一石英基板14可強化結構支撐強度而使石墨烯電磁防護結構10易於移運或再加工，而四個層狀堆疊的石墨烯六角形結構層12提供有效的電磁波防護效果。這些石墨烯六角形結構大致呈透明，第一石英基板14也大致呈透明，因此石墨烯電磁防護結構10可被廣泛利用於生活周邊的各式物品上，即使設置在窗玻璃上也不致影響美觀。

配合圖2進一步參閱圖3，圖3係俯視圖2中石墨烯結構單元1202的局部放大圖。以俯視圖來看，石墨烯結構單元1202為六角形且中空的結構體，但四個層狀堆疊的石墨烯六角形結構層12並非以石墨烯結構單元1202的孔對孔對應堆疊為佳，而是如圖示以石墨烯結構單元1202上、下交錯堆疊成中空網狀的立體結構為佳。

石墨烯六角形結構層12中石墨烯結構單元1202的製造方式，可以直接將如1毫米微小單位的石墨烯逐個連接起來，連成石墨烯結構單元1202，最後再成為石墨烯六角形結構層12，但是生產速度會太慢。更佳的方法，可以藉由3D列印機列印的技術來快速實現。

藉由3D列印機，傳統的思維會利用熔融沉積成型(FDM)方法來實現，此法是將加熱後，細絲或粉末的石墨烯與塑化材料的混料通過擠出機，以逐層的方式沉積形成，然而，與塑化材料複合會惡化石墨烯固有的性質。所以，本發明更有別於一般以細絲或粉末作為印刷材料的傳統3D列印機列印方式，將氧化石墨烯液體填充至3D列印機內，利用微噴嘴孔拉伸液體時，液體揮發特性以及產生液體彎區面的特性，製造出三維氧化石墨烯的奈米線，配合微噴嘴孔高速拉出氧化石墨烯可達直徑150奈米氧化石墨烯的奈米線，用此奈米線可以快速精確的列印出石墨烯結構單元1202，並構成石墨烯六角形結構層12，甚至可一批次產生四層的石墨烯六角形結構層12，緊接給予高溫使石墨烯六角形結構層12還原化，即為完成。

請參閱圖4，圖4係本發明石墨烯電磁防護結構10又一例之側視示意圖。在本發明的又一實施例中，為了考量表面防護，使石墨烯六角形結構層12不易受外力接觸破壞，石墨烯電磁防護結構10更可以包含第二石英基板16，係使第二石英基板16與第一石英基板14包夾所述的至少一石墨烯六角形結構層12，如圖2例可以包夾四層石墨烯六角形結構層12。如此，第一石英基板14提供結構強度的功效，而第二石英基板16可為保護介面，使石墨烯六角形結構層12不易受外力接觸破壞，更利於移運與再加工。

請參閱圖5，圖5係本發明石墨烯貼片20之外觀示意圖。在設計上，石墨烯電磁防護結構10的尺寸規格需符合法布里—珀羅諧振器的諧振效果才為理想。堆疊四層石墨烯六角形結構層12後，控制其表面的電阻率，可針對對人體傷害最大的125-165 GHz範圍毫米波的電磁波達90%的吸收率，證明可以有效吸收電磁波。

上述四層堆疊的石墨烯六角形結構層12已可達良好的電磁波防護效果，為求方便應用，於第一石英基板14遠於石墨烯六角形結構層12的表面可以設有貼膠，並裁切石墨烯電磁防護結構10成圓形或橢圓形的模組化貼片，如此，即成為石墨烯貼片20。

實務上可以將石墨烯貼片20做成長直徑為5~7公分的橢圓形石墨烯貼片20，弧形的外緣經實驗也可使電磁波防護的效果加強，後續，使用者只要輕鬆的拿石墨烯貼片20，例如於一個充滿智慧家電的室內，隨意遠距分佈的貼上石墨烯貼片20，一個石墨烯貼片20經實驗可影響的範圍可遠至3至5米甚至更遠，所以可以例如在每一面牆上均佈貼個3~4片，即可達到理想全室內防護電磁波的效果。

請參閱圖6，圖6係本發明石墨烯電磁防護結構10製造方法之流程圖。本發明也係一種石墨烯電磁防護結構10之製造方法，需先行將氧化石墨烯液體填充於3D列印機中。製造方法包含下列步驟：

步驟一(S01)：透過3D列印機的噴嘴產生石墨烯奈米線。

步驟二(S02)：接合石墨烯奈米線成為複數個六角形且中空的石墨烯結構單元1202，該等石墨烯結構單元1202緊密鄰接成為蜂巢狀的石墨烯六角形結構層12。其中，以堆疊四層的石墨烯六角形結構層12為佳。

步驟三(S03)：高溫使石墨烯六角形結構層12還原化。

補充說明，為了便於搬移以及再加工，需強化石墨烯電磁防護結構10的結構強度，並設法防止石墨烯六角形結構層12被外力直接接觸而造成損壞，因此，石墨烯電磁防護結構10更包含第一石英基板14及第二石英基板16，所以製造方法更含下列步驟：將石墨烯六角形結構層12設置於第一石英基板14上；將第二石英基板16與第一石英基板14包夾石墨烯六角形結構層12。

進一步，為便於使用，製造方法更可包含下列步驟：於第一石英基板14遠於石墨烯六角形結構層12的表面設置貼膠，使石墨烯電磁防護結構10為圓形或橢圓形的模組化貼片。其中，上述的石墨烯電磁防護結構10的尺寸規格需符合法布里—珀羅諧振器的諧振效果。

因此，利用本發明所提供一種石墨烯電磁防護結構10以及石墨烯電磁防護結構10之製造方法，藉由石墨烯六角形結構層12中石墨烯結構單元1202的結構形狀，能具有良好的電磁波防護效益，且生產簡單，可輕易做成小面積石墨烯貼片20，方便且容易的貼附在大空間的活動場所中，以防護電磁波對人體的侵擾。

藉由以上較佳具體實施例之詳述，係希望能更加清楚描述本發明之特徵與精神，而並非以上述所揭露的較佳具體實施例來對本發明之範疇加以限制。相反地，其目的是希望能涵蓋各種改變及具相等性的安排於本發明所欲申請之專利範圍的範疇內。

10‧‧‧石墨烯電磁防護結構

12‧‧‧石墨烯六角形結構層

1202‧‧‧石墨烯結構單元

14‧‧‧第一石英基板

16‧‧‧第二石英基板

20‧‧‧石墨烯貼片

圖1 係本發明石墨烯六角形結構層之俯視示意圖； 圖2 係本發明石墨烯電磁防護結構之側視示意圖； 圖3 係俯視圖2中石墨烯結構單元的局部放大圖； 圖4 係本發明石墨烯電磁防護結構又一例之側視示意圖； 圖5 係本發明石墨烯貼片之外觀示意圖；以及 圖6 係本發明石墨烯電磁防護結構製造方法之流程圖。

Claims (5)

1. 一種石墨烯電磁防護結構之製造方法，先行將氧化石墨烯液體填充於一3D列印機中，該製造方法包含下列步驟：步驟一：透過該3D列印機的噴嘴產生一石墨烯奈米線；步驟二：接合該石墨烯奈米線成為複數個六角形且中空的石墨烯結構單元，該等石墨烯結構單元緊密鄰接成為蜂巢狀的一石墨烯六角形結構層；以及步驟三：高溫使該石墨烯六角形結構層還原化。
2. 如申請專利範圍第1項所述之製造方法，其中該石墨烯電磁防護結構更包含一第一石英基板及一第二石英基板，該製造方法更含下列步驟：將該石墨烯六角形結構層設置於該第一石英基板上；將該第二石英基板與該第一石英基板包夾該石墨烯六角形結構層。
3. 如申請專利範圍第1項所述之製造方法，該製造方法更含下列步驟：堆疊四層的該石墨烯六角形結構層。
4. 如申請專利範圍第1項所述之製造方法，其中該石墨烯電磁防護結構的尺寸規格係符合法布里一珀羅諧振器的諧振效果。
5. 如申請專利範圍第1項所述之製造方法，該製造方法更包含下列步驟：於該第一石英基板遠於該石墨烯六角形結構層的表面設置貼膠，使該石墨烯電磁防護結構為圓形或橢圓形的模組化貼片。