银纳米颗粒/多孔石墨烯电磁屏蔽材料及其制备与应用的制作方法

：本发明涉及电磁屏蔽材料，具体涉及一种银纳米颗粒/多孔石墨烯电磁屏蔽材料及其制备与应用。

背景技术

0、
背景技术：

1、电磁辐射污染是世界三大污染源之一，其不仅会导致电子设备故障、机密信息的泄露，甚至还会威胁人类的健康。因此，消除电磁干扰和污染具有极其重要的意义。随着移动通信技术的发展进入到第五代(5g)，通信行业发生了新一轮变革，同时也衍生出了各种创新技术。5g通信与前几代通信技术的主要区别在于工作频率，5g频谱主要分为两个区域：fr1，也称为sub-6ghz的频率范围；fr2，也称为毫米波频率范围。虽然更高频率的通信使得网络速率增快，但伴随而来的还有更为严峻的电磁干扰和污染问题。因此，如何设计和研发新的emi屏蔽材料来避免5g天线所产生的电磁信号干扰到其它敏感电子系统，进而推动5g技术与其它新技术的共存，这仍是一大挑战。

2、金属由于其高导电性被广泛用作emi屏蔽材料，但其存在密度高、耐腐蚀性差和可加工性受限等缺点。因此，近年来，为满足小型化和可穿戴设备的要求，一系列新的emi屏蔽材料得到了广泛的研究，并逐渐取代了传统的emi屏蔽金属材料。石墨烯作为一种典型的二维碳纳米材料，近年来一直是新材料研究领域的热点，石墨烯的理论电导率高(106s/m)、比表面积大(2630m2/g)和力学性能优异等特性也使得其在emi屏蔽领域应用优势突出。然而，单一的石墨烯材料不能达到较高的屏蔽效能，在许多场景并不能满足实际应用需求。因此，通常需要进一步将石墨烯与其它材料进行复合以满足具体的应用场景的使用要求。

3、制备石墨烯基电磁屏蔽复合材料的常用方法是将粉体石墨烯和其它功能材料分别或同时添加到基质中，而后加工成膜状、块体或浆料等形式。不可忽视的问题是石墨烯粉体和添加的材料通常在基质中难以均匀分散，同时功能材料在石墨烯片层上也不能实现有效地负载，这在很大程度上导致了复合材料的低电磁屏蔽性能。因此，如何实现石墨烯和功能添加剂的均匀分散以及修饰材料的有效和均一负载，从而实现连续的emi屏蔽网络构筑，这仍是一个颇具挑战的难题。相比而言，激光诱导法能够直接将固体聚合物在高温高压下碳化形成3d多孔的连续石墨烯网络结构，从根本上避开了石墨烯粉体的湿化学制备路径，可有效解决石墨烯纳米片的团聚问题。然而，单一的多孔石墨烯仍不能实现5g高频电磁波的有效屏蔽，需要进一步提高石墨烯的电导率或进行石墨烯复合材料的制备，而一种快速高效并且能形成均一相掺杂的方法仍有待开发。

技术实现思路

0、
技术实现要素：

1、本发明所要解决的技术问题在于提供一种银纳米颗粒/多孔石墨烯复合材料的制备方法，工艺简单且成本低，同时由该制备方法获得的银纳米颗粒/多孔石墨烯复合材料在5g高频通信频段内表现出优良的电磁屏蔽性能。

2、本发明所要解决的技术问题采用以下的技术方案来实现：

3、本发明的第一个目的是提供一种银纳米颗粒/多孔石墨烯复合材料的制备方法，包括以下步骤：

4、s1、对聚合物薄膜进行首次激光照射，得到亲水性多孔石墨烯膜；

5、s2、采用银盐溶液充分浸润多孔石墨烯膜，使银盐被吸附到多孔石墨烯的微孔结构中；

6、s3、对吸附有银盐的多孔石墨烯膜进行二次激光照射，得到银纳米颗粒/多孔石墨烯复合材料。

7、进一步地，所述聚合物薄膜为仅由聚合物制成的薄膜，或为由聚合物与含碳物质制成的薄膜。

8、优选地，所述聚合物为聚酰亚胺、聚醚砜、芳香族聚酰胺、聚酰胺酰亚胺、聚苯并咪唑、聚醚醚酮、聚苯硫醚、氯化聚氯乙烯、环氧树脂等聚合物中的一种或多种。

9、优选地，所述含碳物质为木质素、纤维素、活性炭、木炭、生物质碳、石墨等含碳物质中的一种或多种。

10、进一步地，所述首次激光照射为虚焦激光照射，虚焦时焦平面高于聚合物薄膜表面的距离为0.5～3mm；其激光参数为：激光功率4～10w、扫描速度100～600mm/s、空跳速度100～1000mm/s、q频1～10khz、扫描线间距0.06～0.12mm、激光光斑大小60～100μm。通过控制激光参数，得到超亲水的多孔石墨烯膜。

11、优选地，所述多孔石墨烯膜中石墨烯的孔径为0.1nm～20μm。

12、进一步地，所述银盐为硝酸银、硫酸银、氟化银、氯酸银等可溶性银盐。

13、进一步地，所述二次激光照射为聚焦激光照射，其激光参数为：激光功率2～6w、扫描速度50～200mm/s、空跳速度100～1000mm/s、q频1～10khz、扫描线间距0.06～0.12mm、激光光斑大小60～100μm。

14、进一步地，所述首次激光照射和二次激光照射的光源为固体激光源、气体激光源、液体激光源和半导体激光源中的一种或几种。

15、优选地，所述首次激光照射和二次激光照射均使用co2激光，波长为10.6μm或9.3μm。

16、本发明的第二个目的是提供一种通过上述制备方法制备得到的银纳米颗粒/多孔石墨烯复合材料。

17、优选地，所述银纳米颗粒/多孔石墨烯复合材料的厚度为50～200μm。

18、本发明的第三个目的是提供上述银纳米颗粒/多孔石墨烯复合材料作为电磁屏蔽材料的应用，具体可应用于可穿戴设备、电子产品、雷达、通信、航空航天等领域。

19、优选地，所述电磁屏蔽材料的屏蔽频段为18～27ghz。本发明所述银纳米颗粒/多孔石墨烯复合材料作为电磁屏蔽材料使用时在k波段(18～27ghz)有优异的屏蔽效果，适用于在26ghz处的5g频段。(26ghz工作频率是5g通讯的主流频段，也是5g通讯主要的研究和发展频段)。

20、本发明先使用激光照射聚合物薄膜在其表面制备多孔石墨烯材料，通过调控激光的聚焦平面等参数实现亲水性石墨烯的制备，为硝酸银溶液的充分吸附提供有利条件；再在获得的亲水性石墨烯膜上滴加硝酸银溶液，石墨烯的良好亲水性使得硝酸银溶液在石墨烯膜中充分浸润并吸附到微孔结构中；然后再次使用激光照射吸附有硝酸银的石墨烯，实现银纳米粒子在石墨烯多孔网格内的原位生成及均匀负载，最终获得了银纳米颗粒高度分散的、高导电性的银/石墨烯复合薄膜，通过电导损耗、极化损耗和多孔内部反射等机制可实现其在5g通信频段内的高电磁屏蔽性能。

21、本发明的有益效果是：

22、1、本发明通过激光照射法直接在固体聚合物薄膜上制备银纳米颗粒/多孔石墨烯复合材料，从实验路径上完全避开了粉体石墨烯的湿化学制备路径，从根本上避免了二维石墨烯的团聚问题；并且，湿化学制备路径过程繁琐，耗时长，本发明采用激光照射法能够显著提高加工效率，时间小于20s/cm2。

23、2、本发明步骤s1制备的亲水性多孔石墨烯可有效吸附大量的硝酸银溶液，银纳米颗粒前驱体的银离子以溶液浸润的方式均匀分布于石墨烯中，因此在二次激光照射后获得的原位还原的银纳米颗粒实现了在石墨烯骨架上的高分散性负载，而导电增强相的高分散性意味着更优异的电磁屏蔽性能。

24、3、本发明通过小尺寸银纳米颗粒带来的多界面极化、复合材料增强的电子导电性、3d多孔石墨烯提供的电磁波多次内反射耗散作用，共同实现了该复合材料在5g高频通信频段内的高电磁屏蔽性能。

25、4、本发明中3d多孔石墨烯的制备并不涉及湿化学反应过程，操作简便，制备速度快，生产效率高，易于实现规模化生产。