轻质石墨烯与MXene气凝胶的制备及其电磁屏蔽性能.pdf
哈尔滨工业大学工程硕士学位论文
摘要
电磁污染的日益加剧严重影响了人体健康以及精密电子系统的正常工作,并
且随着航空航天领域的飞速发展,电磁屏蔽材料正在朝着轻质及高性能方向发展。
我国电磁屏蔽材料发展技术非常缓慢,尤其在航空航天领域的隐身屏蔽技术远远
落后于西方发达国家,因此生产轻质及高性能的电磁屏蔽材料极为迫切。本论文
基于氧化石墨烯和新型二维材料MXene构筑出轻质的气凝胶,重点考察所制备材
料的电磁屏蔽性能:
通过改进的Hummers法制备了大片单层的氧化石墨烯,然后将吡咯和双氧水
添加到氧化石墨烯溶液中,利用简单的水热法、冷冻干燥技术以及热处理等手段
制备出了轻质多孔结构的石墨烯气凝胶。在水热的过程中双氧水能在氧化石墨烯
表面刻蚀出纳米级别的孔,热处理后聚吡咯的分解可以使N元素掺杂进入石墨烯,
因此能进一步促进所得石墨烯气凝胶的电导率。同时随着吡咯添加量的增加,气
凝胶的体积也有所增大,气凝胶的电磁屏蔽效能也随着增大。当吡咯添加量为50μL
时,在8.2GHz下,所得石墨烯气凝胶的电磁屏蔽性能可以达到23.3dB。
探索研究了氢氟酸直接刻蚀以及原位生成氢氟酸刻蚀法制备MXene的方法,
分别探讨了刻蚀时间以及反应温度对最终产品质量的影响。最终表明原位生成氢
氟酸刻蚀法能制备出高产率且低缺陷的单层MXene,并且MXene的片层尺寸达到
了微米级。对原位生成氢氟酸法制备出的MXene膜进行电磁屏蔽性能测试,结果
表明所制备的MXene膜的电磁屏蔽性能随厚度的增加而增大,并且当MXene膜厚
8μm60dB99.9SSE/t
为时,材料的电磁屏蔽效能可高达,衰减量达到%,值则高达
2-1
19531.1cmg,这一数值要明显优于大多数目前文献报道过电磁屏蔽材料。
利用氧化石墨烯片层之间易搭接形成气凝胶的特点,将氧化石墨烯引入
MXene体系,构筑设计出了具有三维网络结构的MXene与石墨烯的复合气凝胶。
复合气凝胶的密度随氧化石墨烯的增加而减小,但电导率却随之降低,同时电磁
MXene1:1MX-rGO
屏蔽性能也有明显降低。当氧化石墨烯与质量比为时,所得的1:1
复合气凝胶的电导率高达1250Sm-1,密度仅为7.2mgcm-3。并且,复合气凝胶在
8.2GHz下的电磁屏蔽效能为30.6dB,在12.4GHz时则高达50dB。另外MX-rGO1:1
3-1
在8.2GHz下的SSE高达4166cmg,远优于大多数目前已报道过的电磁屏蔽材料。
关键词:石墨烯;MXene;气凝胶;轻质;电磁屏蔽
I
哈尔滨工业大学工程硕士学位论文
Abstract
Theincreasingofelectromagneticpollutionhasseriouslyaffectedhumanhealth
andthenormalfunctionofprecisionelectronicsystems.Withtherapiddevelopmentof
theaerospaceindustry,electromagneticinterferenceshieldingmaterialsaremoving
towardlighterandhigherperformance.Thedevelopmenttechnologyofelectromagnetic
interferenceshieldingmaterialsinourcountryisveryslow,especiallyi