一种氧化锌/银/石墨烯纳米复合材料及其制备方法和应用与流程

本发明属于聚合物基复合膜材料的制备领域，具体地说是一种氧化锌/银/石墨烯纳米复合材料及其制备方法和应用。

背景技术：

高性能的通讯设备、计算机、智能手机等终端产品的广泛使用带动了电磁屏蔽及相关产业应用的迅速扩大。其中，银作为金属类的材料，除了纳米级别的尺寸效应，还具有优异的透光性、耐曲挠性，是电磁屏蔽材料的理想材料。氧化锌属于n型半导体，因价带上的电子可接受紫外线中的能量发生跃迁而吸收紫外线，而且纳米氧化锌可以提供广谱的紫外保护，同时还有抗菌和抗炎的作用，因此氧化锌可用作防紫外辐射的材料。石墨烯是一种新型的具有优异性能的新材料，具有良好的电磁屏蔽性能以及力学性能。纳米银、氧化锌与石墨烯的有机结合，是制备抗紫外-电磁屏蔽材料的有效途径。聚氨酯作为一种新兴的有机高分子材料，因其卓越的性能而被广泛应用于轻工、化工、电子、纺织、医疗、建筑等国民经济众多领域。

目前，氧化锌@银@石墨烯三元复合纳米材料的制备尚未见到公开报道。

技术实现要素：

本发明提供一种氧化锌/银/石墨烯纳米复合材料及其制备方法和应用，本发明制备的氧化锌/银/石墨烯纳米复合材料不仅电磁屏蔽效果好，而且抗紫外效果好。

本发明是采用以下技术方案实现的：

一种氧化锌/银/石墨烯纳米复合材料的制备方法，包括以下依序的步骤：

1)将氧化石墨烯加入乙醇水混合溶液中，然后超声5-60分钟，配制成浓度为1-20mg/ml的氧化石墨烯溶液；乙醇水混合溶液中乙醇与水的体积比为1-10：1；

2)将3-氨丙基三乙氧基硅烷逐滴滴入步骤1)制备而成的氧化石墨烯溶液中，搅拌稳定后继续室温搅拌0.5-3.0小时；3-氨丙基三乙氧基硅烷与步骤1)制备而成的氧化石墨烯溶液的体积比为1：28-52；

3)将硝酸银水溶液滴入步骤2)得到的溶液，滴加完成后放入反应釜中，并在100℃-160℃条件下反应2-24小时,冷却至室温后得到修饰了纳米银颗粒的氧化石墨烯，然后用乙醇洗涤两次以上并离心，之后将离心后的修饰了纳米银颗粒的氧化石墨烯溶于乙醇中保存；硝酸银水溶液中硝酸银的浓度为0.01-0.7mol/l；硝酸银水溶液与步骤2)制备而成的溶液的体积比为5:28-52；

4)将二水合醋酸锌溶解于二甲基亚砜中得到二水合醋酸锌二甲基亚砜溶液，然后滴加到搅拌中的步骤3)制备的溶液中，其中滴加速度为1-2.5ml/min；搅拌速度为700-900转/分；所述的二水合醋酸锌二甲基亚砜溶液中二水合醋酸锌的浓度为1-100mg/1-200ml；所述的二水合醋酸锌二甲基亚砜溶液与步骤3)制备的溶液的体积比为20:16-30；

5)将氢氧化钠溶于乙醇中得到氢氧化钠乙醇溶液，然后将氢氧化钠乙醇溶液逐滴滴加到步骤4)所得的溶液中，滴加完成后搅拌2-4小时得到氧化锌/银/石墨烯纳米复合材料；所述的氢氧化钠乙醇溶液中氢氧化钠的浓度为1-50mg/10-200ml；所述的氢氧化钠乙醇溶液与步骤4)所得的溶液的体积比为40:30-56。

一种氧化锌/银/石墨烯纳米复合材料，由以上方法制备而成。

一种上述方法所制备的氧化锌/银/石墨烯纳米复合材料在制备电磁屏蔽抗紫外多功能涂层上的应用。

一种电磁屏蔽抗紫外多功能涂层，将所制备的氧化锌/银/石墨烯纳米复合材料加入到水性聚氨酯中，搅拌均匀后，涂覆于基材上并在80-120℃下干燥1-10小时形成电磁屏蔽抗紫外多功能涂层，其中氧化锌/银/石墨烯纳米复合材料与水性聚氨酯的质量比为0.1-10:100。

本发明原理如下：所述的电磁屏蔽抗紫外多功能涂层主要由电磁屏蔽抗紫外多功能纳米改性剂(氧化锌@银@石墨烯)，也就是先将银修饰在石墨烯上，然后再在上面修饰氧化锌。然后把氧化锌@银@石墨烯与聚氨酯复合得到涂层。

较之前的现有技术，本发明具有以下有益效果：本发明制备一种氧化锌/银/石墨烯纳米复合材料，本发明制备的氧化锌/银/石墨烯纳米复合材料与聚氨酯复合成涂层后，当本发明的复合材料含量为10％时，其具有明显的紫外吸收功能和电磁屏蔽效果。

附图说明

图1是实施例制备的氧化锌@银@石墨烯三元复合纳米材料的扫描电镜照片；

图2是实施例电磁屏蔽抗紫外多功能涂层的紫外吸收性能；

图3电磁屏蔽抗紫外多功能涂层的电磁屏蔽性能。

具体实施方式

实施例1

一种氧化锌/银/石墨烯纳米复合材料的制备方法，包括以下依序的步骤：

1)将1mg氧化石墨烯加入1ml乙醇水混合溶液中，然后超声5分钟，配制成浓度为1mg/ml的氧化石墨烯溶液；乙醇水混合溶液中乙醇与水的体积比为1：1；

2)将3-氨丙基三乙氧基硅烷逐滴滴入步骤1)制备而成的氧化石墨烯溶液中，搅拌稳定后继续室温搅拌0.5小时；3-氨丙基三乙氧基硅烷与步骤1)制备而成的氧化石墨烯溶液的体积比为1：28；

3)将硝酸银水溶液滴入步骤2)得到的溶液，滴加完成后放入反应釜中，并在100℃℃条件下反应2小时,冷却至室温后得到修饰了纳米银颗粒的氧化石墨烯，然后用乙醇洗涤两次以上并离心，之后将离心后的修饰了纳米银颗粒的氧化石墨烯溶于乙醇中保存；硝酸银水溶液与步骤2)制备而成的溶液的体积比为5:28；硝酸银水溶液中硝酸银的浓度为0.01mol/l；

4)将二水合醋酸锌溶解于二甲基亚砜中得到二水合醋酸锌二甲基亚砜溶液，然后滴加到搅拌中的步骤3)制备的溶液中，其中滴加速度为1ml/min；搅拌速度为700转/分；所述的二水合醋酸锌二甲基亚砜溶液中二水合醋酸锌的浓度为1mg/1ml；所述的二水合醋酸锌二甲基亚砜溶液与步骤3)制备的溶液的体积比为20:16；

5)将氢氧化钠溶于乙醇中得到氢氧化钠乙醇溶液，然后将氢氧化钠乙醇溶液逐滴滴加到步骤4)所得的溶液中，滴加完成后搅拌2小时得到氧化锌/银/石墨烯纳米复合材料；所述的氢氧化钠乙醇溶液中氢氧化钠的浓度为1mg/10ml；所述的氢氧化钠乙醇溶液与步骤4)所得的溶液的体积比为40:30。

一种氧化锌/银/石墨烯纳米复合材料，由以上方法制备而成。

一种电磁屏蔽抗紫外多功能涂层，将所述的氧化锌/银/石墨烯纳米复合材料加入到水性聚氨酯中，搅拌均匀后，涂覆于基材上并在80℃下干燥10小时形成电磁屏蔽抗紫外多功能涂层。其中氧化锌/银/石墨烯纳米复合材料与水性聚氨酯的质量比为0.1:100。

实施例2

一种氧化锌/银/石墨烯纳米复合材料的制备方法，包括以下依序的步骤：

1)将20mg氧化石墨烯加入1ml乙醇水混合溶液中，然后超声60分钟，配制成浓度为20mg/ml的氧化石墨烯溶液；乙醇水混合溶液中乙醇与水的体积比为10：1；

2)将3-氨丙基三乙氧基硅烷逐滴滴入步骤1)制备而成的氧化石墨烯溶液中，搅拌稳定后继续室温搅拌3.0小时；3-氨丙基三乙氧基硅烷与步骤1)制备而成的氧化石墨烯溶液的体积比为1：52；

3)将硝酸银水溶液滴入步骤2)得到的溶液，滴加完成后放入反应釜中，并在160℃条件下反应2小时,冷却至室温后得到修饰了纳米银颗粒的氧化石墨烯，然后用乙醇洗涤两次以上并离心，之后将离心后的修饰了纳米银颗粒的氧化石墨烯溶于乙醇中保存；硝酸银水溶液与步骤2)制备而成的溶液的体积比为5:52；硝酸银水溶液中硝酸银的浓度为0.5mol/l；

4)将二水合醋酸锌溶解于二甲基亚砜中得到二水合醋酸锌二甲基亚砜溶液，然后滴加到搅拌中的步骤3)制备的溶液中，其中滴加速度为1-2.5ml/min；搅拌速度为900转/分；所述的二水合醋酸锌二甲基亚砜溶液中二水合醋酸锌的浓度为1mg/2ml；所述的二水合醋酸锌二甲基亚砜溶液与步骤3)制备的溶液的体积比为20:30；

5)将氢氧化钠溶于乙醇中得到氢氧化钠乙醇溶液，然后将氢氧化钠乙醇溶液逐滴滴加到步骤4)所得的溶液中，滴加完成后搅拌2小时得到氧化锌/银/石墨烯纳米复合材料；所述的氢氧化钠乙醇溶液中氢氧化钠的浓度为50mg/200ml；所述的氢氧化钠乙醇溶液与步骤4)所得的溶液的体积比为40:56。

一种氧化锌/银/石墨烯纳米复合材料，由以上方法制备而成。

一种电磁屏蔽抗紫外多功能涂层，将所述的氧化锌/银/石墨烯纳米复合材料加入到水性聚氨酯中，搅拌均匀后，涂覆于基材上并在120℃下干燥1小时形成电磁屏蔽抗紫外多功能涂层。其中氧化锌/银/石墨烯纳米复合材料与水性聚氨酯的质量比为10:100。

实施例3

一种氧化锌/银/石墨烯纳米复合材料的制备方法，包括以下依序的步骤：

1)将10mg氧化石墨烯加入1ml乙醇水混合溶液中，然后超声30分钟，配制成浓度为10mg/ml的氧化石墨烯溶液；乙醇水混合溶液中乙醇与水的体积比为51；

2)将3-氨丙基三乙氧基硅烷逐滴滴入步骤1)制备而成的氧化石墨烯溶液中，搅拌稳定后继续室温搅拌2.0小时；3-氨丙基三乙氧基硅烷与步骤1)制备而成的氧化石墨烯溶液的体积比为1：40；

3)将硝酸银水溶液滴入步骤2)得到的溶液，滴加完成后放入反应釜中，并在140℃条件下反应10小时,冷却至室温后得到修饰了纳米银颗粒的氧化石墨烯，然后用乙醇洗涤两次以上并离心，之后将离心后的修饰了纳米银颗粒的氧化石墨烯溶于乙醇中保存；硝酸银水溶液与步骤2)制备而成的溶液的体积比为5:41；硝酸银水溶液中硝酸银的浓度为0.2mol/l；

4)将二水合醋酸锌溶解于二甲基亚砜中得到二水合醋酸锌二甲基亚砜溶液，然后滴加到搅拌中的步骤3)制备的溶液中，其中滴加速度为1.5ml/min；搅拌速度为800转/分；所述的二水合醋酸锌二甲基亚砜溶液中二水合醋酸锌的浓度为100mg/1ml；所述的二水合醋酸锌二甲基亚砜溶液与步骤3)制备的溶液的体积比为20:24；

5)将氢氧化钠溶于乙醇中得到氢氧化钠乙醇溶液，然后将氢氧化钠乙醇溶液逐滴滴加到步骤4)所得的溶液中，滴加完成后搅拌2小时得到氧化锌/银/石墨烯纳米复合材料；所述的氢氧化钠乙醇溶液中氢氧化钠的浓度为50mg/10ml；所述的氢氧化钠乙醇溶液与步骤4)所得的溶液的体积比为40:43。

一种氧化锌/银/石墨烯纳米复合材料，由以上方法制备而成。

一种电磁屏蔽抗紫外多功能涂层，将所述的氧化锌/银/石墨烯纳米复合材料加入到水性聚氨酯中，搅拌均匀后，涂覆于基材上并在100℃下干燥5小时形成电磁屏蔽抗紫外多功能涂层。其中氧化锌/银/石墨烯纳米复合材料与水性聚氨酯的质量比为5：100。

根据图2和图3表面在氧化锌@银@石墨烯的含量为0时，涂层没有电磁屏蔽效果。当氧化锌@银@石墨烯的含量为10％时，涂层有明显的电磁屏蔽效果。当含有10％氧化锌@银@石墨烯的聚氨酯涂层具有明显的紫外吸收功能，单纯的聚氨酯涂层(0％氧化锌@银@石墨烯)不具有紫外吸收功能。