GNP/CNT/EP复合薄膜的电磁屏蔽性能研究

复合材料科学与工程 ›› 2021, Vol. 0 ›› Issue (1): 52-57.

GNP/CNT/EP复合薄膜的电磁屏蔽性能研究

邢一龙, 赵欣, 李梦^*

中国民用航空飞行学院航空工程学院,广汉618307

收稿日期:2020-03-17 出版日期:2021-01-28 发布日期:2021-01-25
通讯作者: 李梦(1978-),男,博士,教授,主要从事航空功能材料的制备及性能表征、新型航空材料开发、航空发动机机务工程等方面的研究,mokechi@163.com。
作者简介:邢一龙(1989-),男,硕士研究生,主要从事航空功能性复合材料方面的研究。
基金资助:
中国民用航空飞行学院基金项目(CJ2018-01);中国航空油料有限责任公司科技项目(航油科技-201707);中国民航飞行学院成果转化基金(CJ2018-03);中国民用航空飞行学院研究生创新项目(X2019-004)

ELECTROMAGNETIC SHIELDING EFFECTIVENESS OF GNP/CNT/EP COMPOSITE FILMS

XING Yi-long, ZHAO Xin, LI Meng^*

AEI, Civil Aviation Flight University of China, Guanghan 618307, China

Received:2020-03-17 Online:2021-01-28 Published:2021-01-25

摘要/Abstract

摘要： 通过物理混合的方法制备了石墨烯(Graphene Nanoplatelets,简称“GNP”)与碳纳米管(Carbon Nanotubes,简称“CNT”)质量比为2∶1、1∶1、1∶2的石墨烯/碳纳米管(GNP/CNT)复合结构体,并通过扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)对其形貌进行了表征,结果表明:质量比为1∶1的复合结构体中CNT分布较均匀。通过Raman光谱、电阻率测试、沉降试验对其结构、导电性、分散性进行了表征,结果表明在GNP和CNT质量比为1∶1条件下制备的GNP/CNT复合结构体具有较小的缺陷密度、较小的电阻率和较好的分散性。通过环氧树脂(EP)真空浸渍的方法制备了GNP/CNT/EP复合薄膜,并利用矢量网络分析仪对其在2 GHz~18 GHz频率范围内进行了测试,研究了薄膜厚度、GNP和CNT质量比对屏蔽性能的影响,结果表明:GNP和CNT质量比为1∶1条件下制备的复合薄膜在带宽10 GHz频段内具有15 dB~20 dB的屏蔽效能,且电磁屏蔽效能主要为吸收损耗,可实现电磁波的绿色防护;在较宽频段内增加厚度可提升屏蔽效能。

关键词: 石墨烯, 碳纳米管, 环氧树脂, 复合薄膜, 电磁屏蔽, 复合材料

Abstract: The graphene nanoplatelets/carbon nanotubes (GNP/CNT) composite structure with mass ratio of graphene nanoplatelets to carbon nanotubes of 2∶1, 1∶1 and 1∶2 was prepared by physical mixing method, and its morphology was characterized by SEM and TEM. The results showed that CNT in the samples with mass ratio of 1∶1 were evenly distributed. Its structure, conductivity and dispersion were characterized and tested by Raman spectra, resistivity test and sedimentation test. The results show that the composite structure with the mass ratio of GNP to CNT of 1∶1 has smaller defect density, smaller resistivity and better dispersion. The GNP/CNT/EP composite film was prepared by means of impregnation with epoxy resin in vacuum condition, and were tested in the frequency range of 2 GHz~18 GHz by vector network analyzer. The effects of film thickness, GNP and CNT mass ratio on the shielding properties were also studied. The results show that the composite film with the mass ratio of GNP to CNT of 1∶1 has a shielding effectiveness of 15 dB~ 20 dB in the frequency band of 10 GHz, and the electromagnetic shielding effectiveness is mainly absorption loss, which can realize the green protection of electromagnetic wave. And increasing the thickness in a wide frequency band can improve the shielding effectiveness.

Key words: graphene, carbon nanotubes, epoxy resin, composite film, electromagnetic shielding, composites

中图分类号:

TB332

邢一龙, 赵欣, 李梦. GNP/CNT/EP复合薄膜的电磁屏蔽性能研究[J]. 复合材料科学与工程, 2021, 0(1): 52-57.

XING Yi-long, ZHAO Xin, LI Meng. ELECTROMAGNETIC SHIELDING EFFECTIVENESS OF GNP/CNT/EP COMPOSITE FILMS[J]. COMPOSITES SCIENCE AND ENGINEERING, 2021, 0(1): 52-57.

参考文献

[1] 张宇民, 朱虹, 韩杰才, 等. 金属丝网透明电磁屏蔽层材料制备与性能研究[J]. 兵器材料科学与工程, 2007, 30(2): 8-10.
[2] 中国航空工业基团公司复合材料技术中心. 航空复合材料技术[M]. 北京: 航空工业出版社, 2013.
[3] 孙天, 赵晓明. 电磁屏蔽材料的研究进展[J]. 纺织科学与工程学报, 2018, 35(2): 118-119.
[4] SONG W L, CAO M S, LU M M, et al. Flexible graphene/polymer composite films in sandwich structures for effective electro-magnetic interference shielding[J]. Carbon, 2014, 66: 67-76.
[5] 尹俊强, 张伟超. 石墨烯纳米片/聚烯复合薄膜电磁干扰屏蔽[J]. 复合材料学报, 2019, 36(2): 294-301.
[6] 戴玉婷, 王莉莉, 荣新山, 等. 电磁屏蔽材料的研究进展[J]. 化工新型材料, 2015, 43(10): 24-26.
[7] 王雯, 黄成亮, 郭宇, 等. 石墨烯复合材料磁领域的应用研究进展[J]. 工程塑料应用, 2015, 43(9): 143-145.
[8] 曹海峰, 张琪, 吴忠. 石墨烯类材料电磁屏蔽性能研究进展[J]. 化工新型材料, 2016, 44(2): 1-2.
[9] 袁冰清, 郁黎明, 盛雷梅, 等. 石墨烯/聚苯胺复合材料的电磁屏蔽性能[J]. 复合材料学报, 2013(1): 22-26.
[10] 金范龙, 赵淼, 王宏, 等. 石墨烯类复合材料电磁屏蔽研究进展[J]. 塑料科技, 2019, 47(1): 129-132.
[11] LIANG J J, WANG Y, HUANG Y, et al. Electromagnetic interference shielding of grapene/epoxy composites[J]. Carbon, 2009, 47: 922-925.
[12] WANG S, CHIA P J, CHUA L L, et al. Bandlike transport in surface-functionalized highly solution processable graphene nanosheets[J]. Advanced Materials, 2008, 20(18): 3440-3446.
[13] 葛士彬. 石墨烯、石墨烯/碳纳米管的制备及其超级电容器性能研究[D]. 哈尔滨: 哈尔滨工业大学, 2009.
[14] 郏余晨. 碳纳米管/石墨烯杂化材料的制备与研究[D]. 无锡: 江南大学, 2013.
[15] 李松, 颜红侠, 张梦萌, 等. 石墨烯的功能化及其在聚合物改性中的应用研究[J]. 材料开发与应用, 2013(2): 86-87.
[16] 李俊杰. 石墨烯碳纳米管混杂材料制备及其复合材料性能[D]. 沈阳: 沈阳航空航天大学, 2017.
[17] 易义武. 石墨烯/碳纳米管复合粉体的制备及应用研究[D]. 南昌: 南昌大学, 2018.
[18] 刘永娜. 氧化石墨烯/碳纳米管组装及其复合材料性能[D]. 沈阳: 沈阳航空航天大学, 2018.
[19] 谢卫刚, 赵东林, 景磊, 等. 石墨烯/环氧树脂复合材料的制备与力学性能[J]. 高分子材料科学与工程, 2012, 28(9): 131-132.
[20] 司小奂. 石墨烯/碳纳米管/环氧树脂复合材料的制备及性能研究[D]. 西安: 西安理工大学, 2017.
[21] 刘树和, 赵淑春, 林志伟, 等. 生物质多孔炭的电磁屏蔽性能研究[J]. 材料导报, 2012, 26(8): 15-16.
[22] 赵慧慧, 姬科举, 许银松, 等. GNS/PMMA泡沫复合材料的制备及其电磁屏蔽性能[J]. 材料科学与工程学报, 2014, 32(3): 358-364.
[23] 李梦, 朱健健, 李家艮. 纳米钛粉改性环氧底漆对GFEP飞机电磁屏蔽性能的影响[J]. 电子元件与材料, 2015, 34(2): 23-25.
[24] 李会霞. 石墨烯/磁性颗粒/树脂基复合材料的制备及电磁屏蔽性能研究[D]. 天津: 天津大学, 2018.