三维结构石墨烯气凝胶/环氧树脂复合材料的制备和电磁屏蔽性能

以三维结构的石墨烯气凝胶为填料,通过真空浸渍的方法,将环氧树脂浸入并固化,制备石墨烯气凝胶/环氧树脂复合材料.利用FT-IR,XPS和XRD等测试手段,研究制备过程和炭化处理中石墨烯气凝胶的化学结构变化.实验结果表明:氧化石墨烯和聚酰胺酸,通过物理吸附的方式,形成石墨烯气凝胶.300℃热处理使得聚酰胺酸亚胺化成聚酰亚胺,氧化石墨烯得到部分还原.随着炭化温度的提高,石墨烯气凝胶中的石墨烯片层还原程度越高,聚酰亚胺炭化程度越高.与此同时,扫描电镜和光学显微镜结果表明,炭化处理和真空浸渍后,石墨烯气凝胶仍然可以保持良好的三维网络结构.在此基础上,石墨烯气凝胶作为导电填料,利用其三维网络结构,使得对应的复合材料具有良好的导电性能和电磁屏蔽性能.在石墨烯气凝胶含量仅为6.23％(质量分数)时,复合材料的电导率就可以达到252 S·m-1,电磁屏蔽效能高达75 dB.     

单向取向碳基气凝胶的制备及电磁屏蔽性能研究

碳基气凝胶具有自支撑的三维导电网络,是开发新型高性能电磁屏蔽及吸波材料的研究热点。通过单向冷冻干燥法制备了具有单向取向结构的碳纳米管/壳聚糖(CNT/CS)气凝胶,考察了不同CNT/CS浓度及配比对气凝胶冷冻速率、线性收缩率、微观结构、电导率和电磁屏蔽效能的影响,研究了取向方向对气凝胶导电性能和电磁屏蔽效能的影响。结果表明：CNT/CS气凝胶具有显著的各向异性,取向方向上的电导率最高可达14.34S/m,是垂直于取向方向上的1.5～3.0倍。CNT/CS气凝胶具有优良的电磁屏蔽效能,在12GHz的频率下屏蔽效能最高可达20.3dB。气凝胶在垂直于取向方向上的电磁屏蔽效能高于取向方向。     

石墨烯基电磁屏蔽材料的研究进展EI北大核心CSCD

随着5G技术时代的来临和柔性电子器件的发展,国防和民用等领域对电磁屏蔽材料提出了更高的要求。石墨烯作为一种新型碳材料,具有独特的二维结构以及优异的物理化学性能,使得石墨烯基材料具有柔性好、质量轻、耐腐蚀性强以及高效的电磁屏蔽效能。本文基于电磁屏蔽的基本原理以及石墨烯基电磁屏蔽材料的制备方法,按照纯石墨烯材料、石墨烯基复合材料进行展开,综述了近年来石墨烯基电磁屏蔽材料的研究进展,并对其发展前景进行了展望。     

石墨烯基电磁屏蔽材料的研究进展

随着5G技术时代的来临和柔性电子器件的发展,国防和民用等领域对电磁屏蔽材料提出了更高的要求。石墨烯作为一种新型碳材料,具有独特的二维结构以及优异的物理化学性能,使得石墨烯基材料具有柔性好、质量轻、耐腐蚀性强以及高效的电磁屏蔽效能。本文基于电磁屏蔽的基本原理以及石墨烯基电磁屏蔽材料的制备方法,按照纯石墨烯材料、石墨烯基复合材料进行展开,综述了近年来石墨烯基电磁屏蔽材料的研究进展,并对其发展前景进行了展望。     

三维石墨烯-吡咯气凝胶/环氧树脂复合材料的制备及其性能EI北大核心CSCD

通过三步法及真空辅助浸渍的方法制备了石墨烯-吡咯气凝胶/环氧树脂复合材料,该复合材料质轻并且内部的多孔石墨烯-吡咯气凝胶具有较为均一的三维结构,在与环氧树脂复合之后,这种三维结构也能很好地保留。石墨烯的三维网络为电子传导提供了快速通道,使材料的导电性能显著提高,仅有0.23%(质量分数)填料含量的石墨烯-吡咯气凝胶/环氧树脂复合材料(1G-1%P,1300℃)的电导率可以达到67.1 S/m。石墨烯-吡咯气凝胶/环氧树脂复合材料(1G-1%P,1300℃)的电磁屏蔽性能在8~12 GHz可以达到33 dB,更重要的是石墨烯-吡咯气凝胶骨架还起到了增强环氧树脂基体力学性能的作用,弯曲强度和弯曲模量与环氧树脂基体相比分别提高了60.93%和25.98%(10G-5%P,180℃),石墨烯-吡咯气凝胶的三维结构可以有效地改善材料整体的电磁屏蔽性能以及力学性能。     

高性能石墨烯电磁屏蔽材料的研究进展

近年来,电磁干扰及电磁兼容问题日益加剧,严重危害军民领域仪器、仪表等电子设备的安全运行,亟待开发出新型高性能电磁屏蔽材料。石墨烯是一种新型的二维碳纳米结构材料,具有优异的物理与化学性能,为柔性、轻薄、服役性能好的电磁屏蔽材料设计提供了新的解决方案。从电磁屏蔽的基本原理出发,介绍了电磁波屏蔽和损耗的机理及能量转化方式。进一步对石墨烯电磁屏蔽材料进行了系统地分类与归纳,综述了近年来石墨烯电磁屏蔽材料的屏蔽效能和研究进展,对石墨烯电磁屏蔽材料面临的挑战和发展前景进行了展望。     

Nafion改性多级孔径石墨烯气凝胶制备与性能研究（英文）

通过溶胶–凝胶法制备了孔径小于1μm的多级孔径新型石墨烯气凝胶。制备过程中,首先通过Nafion对氧化石墨烯(GO)表面进行化学修饰,并利用乙二胺还原制备石墨烯水凝胶,最终通过冷冻干燥形成石墨烯气凝胶。实验发现Nafion可以有效减少制备过程中氧化石墨烯的团聚,使石墨烯气凝胶形成多级孔径形貌。所得石墨烯气凝胶的孔径可控制在1μm以内,远小于传统石墨烯气凝胶材料的孔径(20~100μm)。这种具有独特结构的石墨烯气凝胶表现出优异的性能,例如高比表面积,高孔隙率,其电化学电容性能相对传统气凝胶提高了约40%。     

电纺碳纳米纤维/石墨烯气凝胶薄膜的可控制备与电磁屏蔽性能研究

随着信息技术的迅猛发展，高功率电子设备包括卫星通信、宽带雷达、无线网络和便携式数字硬件等在医疗卫生、电子安全和国防安全领域广泛应用，电磁干扰、辐射污染以及信息泄露等问题则随之产生。目前，如何制备具有优异力学性能、电导率和电磁屏蔽性能的石墨烯基薄膜材料仍然是一个巨大的挑战。因此，本工作以氧化石墨烯(Graphene oxide, GO)水溶液和电纺碱处理聚丙烯腈(Alkali-treated polyacrylonitrile, aPAN)纳米纤维为原料，通过水热还原和冷冻干燥得到气凝胶，进一步通过预氧化和高温退火处理获得碳纳米纤维增强的石墨烯气凝胶(GCA),并通过液压机压制得到石墨烯基气凝胶薄膜，系统研究了薄膜的电导率、电磁屏蔽和光热转化性能。结果表明，在加入碳纳米纤维后，GCA膜的电导率可以提升至20.5 S/cm。对于电磁屏蔽性能，可从73.7 dB(GA)增加到78.8 dB(GCA-10),且气凝胶膜的整体屏蔽效果可以达到99.999 995%以上。此外，该气凝胶膜还呈现出优异的光热转化性能，有望应用于光吸收和原油传输等领域。     

Nafion改性多级孔径石墨烯气凝胶制备与性能研究

通过溶胶-凝胶法制备了孔径小于1 μm的多级孔径新型石墨烯气凝胶。制备过程中, 首先通过Nafion对氧化石墨烯(GO)表面进行化学修饰, 并利用乙二胺还原制备石墨烯水凝胶, 最终通过冷冻干燥形成石墨烯气凝胶。实验发现Nafion可以有效减少制备过程中氧化石墨烯的团聚, 使石墨烯气凝胶形成多级孔径形貌。所得石墨烯气凝胶的孔径可控制在1 μm以内, 远小于传统石墨烯气凝胶材料的孔径(20~100 μm)。这种具有独特结构的石墨烯气凝胶表现出优异的性能, 例如高比表面积, 高孔隙率, 其电化学电容性能相对传统气凝胶提高了约40%。     

石墨烯类材料电磁屏蔽性能研究进展

石墨烯是以单层碳原子紧密堆积而成的二维蜂窝状结构的碳质材料,其优异的光、电、热及力学性能使其成为材料领域研究的热点。介绍了复合材料的几种重要电磁屏蔽机制,对导电复合材料的电磁屏蔽机制进行了分析讨论。重点介绍了石墨烯类复合材料的几种主要制备方法及优缺点,阐述了在各种制备条件下的电磁屏蔽性能研究进展。     

极端湿热环境下隔热的超疏水聚偏氟乙烯/聚酰亚胺纳米纤维复合气凝胶

优异的隔热材料在建筑、航空航天和体育设备等领域有着广泛的应用需求.然而,在实际应用中,隔热材料在不同温度和湿度条件下,其性能往往会恶化.因此,构建在极端湿热环境下仍具有出色的隔热性能的块状材料是非常重要的.在本工作中,我们构思了一种绿色制备策略,即通过静电纺丝和冷冻干燥技术来制备超疏水且可压缩的聚偏氟乙烯/聚酰亚胺(PVDF/PI)纳米纤维复合气凝胶. PVDF纳米纤维和PI纳米纤维分别充当疏水性纤维骨架和机械支撑骨架,形成具有良好机械柔韧性的坚固的三维框架. PVDF/PI气凝胶在室温下具有出色的超疏水特性(水接触角为152°)和低导热性(31.0 m W m^-1K^-1).同时,在100%湿度(80℃)下, PVDF/PI气凝胶仅显示出48.6 m W m^-1K^-1的低热导率,其性能优于大多数商业绝热材料.因此,新型的PVDF/PI复合气凝胶有望成为高温和高湿环境中应用的优良隔热材料.     

Pickering乳液技术制备纤维素纳米纤丝-还原氧化石墨烯/聚甲基丙烯酸甲酯电磁屏蔽复合材料

利用纤维素纳米纤丝（CNF）和氧化石墨烯（GO）共稳定的含有聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）的Pickering乳液法,并经抽滤、还原、热压等工艺制备高性能的纤维素纳米纤丝-还原氧化石墨烯/聚甲基丙烯酸甲酯（CNF-rGO/PMMA）电磁屏蔽复合材料。通过调节油相中聚合物的质量浓度、水油体积比,从而调控GO在复合材料中的质量分数。研究GO还原方式、质量分数及热压过程对所制备的CNF-rGO/PMMA电磁屏蔽复合材料的形貌结构与性能的影响。CNF-rGO/PMMA电磁屏蔽复合材料中GO经水合肼处理后有效还原为rGO,热压工艺使包裹在PMMA颗粒外的CNF-rGO片层与PMMA颗粒紧密堆积并形成交联的三维导电网络从而具有优异的导电率,在X波段不同频率（8.2~12.4 GHz）下具有良好的电磁屏蔽效能及稳定性,电磁屏蔽效能可达20 dB以上,可用于民用电磁屏蔽材料。      

镁合金及其复合材料电磁屏蔽性能研究进展

航空航天、信息通信等领域不断发展,随之产生的电磁干扰也逐渐被人们重视,面对电磁屏蔽材料兼顾结构轻量化的功能/结构一体化发展趋势,已经有越来越多的研究者将关注点放在了镁合金及其复合材料上。镁合金作为一种密度极低的金属材料,具有较高的比强度和比刚度、优异的阻尼和电磁屏蔽性能,以镁合金为基体制备复合材料可进一步提升材料的综合性能,兼具高导电性、导热性和优异力学性能的碳纳米管（CNTs）、纳米石墨烯（GNPs）等纳米碳基材料和具有特殊空心结构的粉煤灰球（FACs）均可作为镁合金复合材料的增强体,综合提升材料的力学和电磁屏蔽性能。目前,针对镁合金及其复合材料的电磁屏蔽性能研究主要集中于合金化元素选择及成分设计、热处理及加工工艺、晶粒尺寸、织构及相分布、复合材料体系设计等方面。从电磁屏蔽原理出发,综述了近年来镁合金及其复合材料电磁屏蔽性能的研究,主要对镁合金及其复合材料导电、导磁性的影响因素进行了介绍,并讨论了作为复合材料提升镁合金电磁屏蔽性能的机理,最后针对这类轻量化电磁屏蔽结构材料的应用前景进行了展望。     

哈工大利用3D打印技术制备出世界最轻材料

正日前,哈尔滨工业大学土木学院教授李惠课题组成员张强强等人以及美国部分大学研究者利用3D打印技术制备出世界上最轻的材料——超轻石墨烯气凝胶。该材料具有复杂微观结构,密度低至0.5kg/m~3,大致相当于常规环境中大米密度(约800kg/m~3)的1/1600,不到空气密度(约     

多功能聚吡咯/聚酰亚胺电磁屏蔽复合膜的制备与性能研究

目的 开发具有优异屏蔽效率、轻质且热稳定性良好的电磁屏蔽材料。方法 以聚酰亚胺(PI)为聚合物基体,聚吡咯(PPy)为添加相,采用静电纺丝-低温原位聚合技术制备PPy/PI电磁屏蔽复合膜。通过在薄膜内部的多孔结构中构建致密的导电网络,赋予复合膜优异的导电性和高效的电磁屏蔽效能。结果 在聚合PPy浓度为0.1 mol/L时,复合膜的电导率和电磁屏蔽效能分别为2.23 S/cm和26.04 dB,且其单位厚度电磁屏蔽效能可达到110.81 dB/mm,展现出优异的电磁屏蔽性能。结论 PPy/PI复合纤维膜表现出良好的力学性能(拉伸强度为11.73 MPa)、优异的热稳定性(>400 ℃)和力学传感性能,具备在恶劣环境下广泛应用的潜力。     

改性碳系填料填充聚合物基电磁屏蔽复合材料的研究进展

为了满足电子设备轻量化和高度集成化发展的趋势和社会健康需求,轻量化、低成本、耐腐蚀的电磁屏蔽材料日益受到青睐。碳系导电填料,尤其是碳纳米管和石墨烯,在聚合物基电磁屏蔽复合材料中应用广泛。但碳系导电填料颗粒的应用通常因其在聚合物基中有限的分散性使得它们与聚合物基体的相互作用受到障碍,从而对电磁屏蔽效能产生不利影响。文中综述了碳纳米管和石墨烯及相关复合材料的典型改性方式及其电磁屏蔽性能,旨在为其在聚合物基电磁屏蔽复合材料中的应用提供良好的设计思路。     

基于纤维素纳米纤维的电磁屏蔽材料研究进展

纤维素纳米纤维(CNFs)作为一种新型的一维纳米材料,具有来源广泛、长径比高、力学性能优异等特点。以CNFs为载体或增强相通过不同的方法可以制备出多种多样的电磁屏蔽功能复合材料,如气凝胶、薄膜和海绵等。本文基于电磁屏蔽的原理,综述了CNFs基电磁屏蔽材料的制备方法及研究进展,并比较了不同的CNFs基电磁屏蔽材料在结构和性能上的差异,最后对CNFs基电磁屏蔽功能复合材料未来的发展方向进行了展望。     

石墨烯/卟啉复合气凝胶的制备与性能研究

石墨烯气凝胶既有石墨烯材料固有的柔性及优异的电学、力学性能，同时又具有高比表面积、低密度、大孔隙率等特点，其独特的三维结构有利于引入其他功能材料，从而赋予复合材料更为优异的性能。原卟啉分子具有高度共轭结构，并且与金属离子配位结合后可发挥催化功能。鉴于此，本工作利用原卟啉分子与石墨烯片层的π-π相互作用，在石墨烯气凝胶上组装一定浓度的原卟啉分子，从而制备了石墨烯/卟啉复合气凝胶材料。该方法工艺简单，容易操作。本工作分析了复合气凝胶材料的微观形貌和成分组成，研究了原卟啉分子的组装对石墨烯气凝胶导电性能的影响，以及石墨烯/卟啉复合气凝胶对硝酸根离子(NO₃^-)的检测作用。研究结果表明所制备的复合材料具有均匀的三维多孔结构，原卟啉分子的引入可以显著降低石墨烯气凝胶的电阻，而三维气凝胶结构可以有效地实现原卟啉与石墨烯的复合并实现对NO₃^-的灵敏检测。     

聚苯胺性状及其含量对镍粉/聚苯胺涂层屏蔽性能的影响

系统分析了金属粉末/聚苯胺复合电磁屏蔽材料中导电聚苯胺的性状,体积分数对微观结构和电磁屏蔽效能的影响.从二次掺杂的导电聚苯胺的电磁性能讨论了聚苯胺对电磁屏蔽效能的贡献.研究了二次掺杂聚苯胺性状对电磁屏蔽涂层微观结构形貌以及与金属粉末的复合效应对电磁屏蔽效能的贡献.研究的结果表明导电聚苯胺的加入有利于增加电磁屏蔽材料对于高频电磁波的电磁屏蔽效能,但是对低频部分的电磁波的屏蔽效能与纯金属粉末电磁屏蔽材料相比有所降低,这可能是由于聚苯胺加入导致的导电组分分布不均匀所引起的.实验结果表明胶状体聚苯胺和粉末状聚苯胺在电磁屏蔽涂料基体树脂中具有完全不同的形态,分析了对电磁屏蔽效能的影响.     

石墨烯改性碳纤维树脂基复合材料的制备和性能评价EI北大核心CSCD

以石墨烯预浸料作为功能层,铺贴在碳纤维预成型体表面,通过热压罐共固化成型的方法,制备石墨烯改性碳纤维树脂基复合材料。利用超声扫描、金相电镜、四探针、矢量网络分析仪和万能材料试验机等测试手段研究石墨烯预浸料对复合材料内部质量、电磁屏蔽性能和力学性能的影响。实验结果表明:石墨烯预浸料的加入,并不会影响到复合材料的内部质量,并且石墨烯功能层和碳纤维结构层之间具有良好的界面相容性。在此基础上,石墨烯预浸料作为功能层,利用其优异的导电性能,可以使得复合材料的电磁屏蔽性能显著提高。当加入G105/3234石墨烯预浸料时,复合材料的电磁屏蔽效能由27.7 dB提高到64.7 dB。与此同时,改性后的碳纤维树脂基复合材料仍然可以保持良好的力学性能。