摘要
随着信息工业的发展和电子设备的普及，电磁波污染逐渐成为社会和科学关注的热点问题，使用电磁屏蔽材料是解决电磁波污染的有效方案。传统电磁屏蔽材料为高导电的金属制品，其高密度、易腐蚀的缺点促进了化学惰性的碳基电磁屏蔽材料的开发。作为具备多种优良性能的新兴二维平面碳材料，石墨烯及其衍生物的应用研究同样扩展到电磁屏蔽领域并取得了可观进展。随着近些年泛石墨烯材料产能的提升，实现高性能石墨烯材料的产业化具备现实意义。本论文旨在探究氧化石墨烯(GO)为主要原料的电磁屏蔽膜大规模制备的可行性，并通过配方改进和工艺优化对最终产品的电磁屏蔽性能进行调控。本研究的主要内容及成果如下: (1)实现了氧化石墨烯薄膜的工业中试级连续生产。以氧化石墨烯固形物(45wt％)为主要原料，经过双行星搅拌机高速分散制备了具有良好稳定性的高固含量水系浆料，浆料的粘度随着固含量的增加呈指数上升，适合涂膜工艺的固含量区间为3.5～5.5％。氧化石墨烯浆料可在中试级涂布机上连续制备氧化石墨烯薄膜，调控工艺参数能够得到外观平整的干燥氧化石墨烯涂膜，便于后续转运和加工;单次涂布制备的干燥薄膜厚度范围为30～150μm，薄膜宽度可根据基材尺寸和工艺要求进行调整，单条涂布生产线的产能(以纯氧化石墨烯计)可达500g·h-1，具备良好的工业化潜力。 (2)优化了氧化石墨烯的热处理工艺得到更高电导率的热还原氧化石墨烯膜。氧化石墨烯膜采用多段热还原工艺处理，薄膜中残留溶剂在低温段挥发逸出，氧化石墨烯片层上的含氧基团在中高温段脱除。热还原氧化石墨烯薄膜的电导率随着热处理峰值温度的提升而增加，当处理温度高于700℃时电导率值为500S·m-1;还原膜电导率的提高带来电磁屏蔽效果的显著提升;50μm厚的氧化石墨烯膜经过1000℃热处理后在X波段(8.2-12.4GHz)的电磁屏蔽效果高于50dB。 (3)高耐热的聚酰亚胺材料可在热分解后形成类石墨结构，使用其对氧化石墨烯膜进行掺杂以提高电磁屏蔽性能。使用强极性有机溶剂制备高固含量聚酰亚胺前驱体/氧化石墨烯浆料，并成功应用于小型涂膜机制备了复合氧化石墨烯膜。使用多段热处理(峰值800℃)的还原氧化石墨烯复合膜电导率达到500S·m-1，且在X波段的电磁屏蔽性能较无掺杂的还原氧化石墨烯膜有明显提高，平均可达65dB。 (4)分别尝试使用二维材料MXene和均一粒径的聚苯乙烯微球在氧化石墨烯膜内构建微观形貌以提升整体电磁屏蔽性能。LiF/HCl混合溶液刻蚀钛碳化铝得到的单层MXene在水中分散良好，通过控制投料顺序以真空抽滤法与氧化石墨烯分散液共同制备了具有层次结构的复合MXene/氧化石墨烯薄膜，对于相同质量和比例的原料，内部结构对复合膜的电磁屏蔽效能影响显著;MXene集中于单层的G-M膜的电磁屏蔽效能最高，MXene均分两层的M-G-M膜屏蔽效能略差，MXene/氧化石墨烯混合膜屏蔽效果最差;上述复合膜进行热处理后屏蔽效能均得到提升。使用聚苯乙烯微球作为模板制备的多孔还原氧化石墨烯泡沫的电磁屏蔽性能比对照组提升很小;原料简单共混会破坏氧化石墨烯浆料的成膜性能，不适用于剪切涂膜工艺。
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