隨著通訊技術(shù)的發(fā)展,電子設(shè)備在商用、民用和軍用領(lǐng)域均被廣泛使用,其涉及的電磁干擾(EMI)屏蔽功能已經(jīng)成為保護電子元件和人類免受電磁干擾不可或缺的部分。如何設(shè)計出高效輕質(zhì)的電磁屏蔽器件已成為制約通訊技術(shù)行業(yè)中電磁屏蔽技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵問題。最先被應(yīng)用到電磁屏蔽領(lǐng)域的金屬及金屬氧化物材料因其密度大、耐化學(xué)腐蝕性差和難加工的缺點已難以滿足人們對電磁屏蔽材料輕質(zhì)高效的要求,而碳纖維、碳納米管和石墨烯等碳材料因密度小、導(dǎo)電性高、易加工等特點,逐漸成為了制備電磁干擾屏蔽材料的理想選擇。眾多碳材料中石墨烯作為一種比表面積大、強度高、導(dǎo)熱和導(dǎo)電能力極為優(yōu)異的二維納米材料,近十年內(nèi)被廣泛的研究。然而,基于石墨烯的高性能電磁屏蔽膜的研究還遠(yuǎn)未完善,基于此,本課題針對這一方向開展了高性能電磁抗干擾屏蔽膜的設(shè)計制備及其功能和性能的研究,并深入討論了相關(guān)機理,本論文的主要研究成果如下:(1)使用明膠(gelatin)作為交聯(lián)劑與石墨烯(rLGO)通過真空抽濾的方式構(gòu)建了一種二元復(fù)合膜。通過X射線能譜(EDS)、傅里葉紅外光譜(FTIR)、X射線光電子能譜(XPS)表征薄膜的化學(xué)結(jié)構(gòu);通過掃面電子顯微鏡(SEM)和X射線衍射儀(XRD)表征了薄膜的物理結(jié)構(gòu),并對薄膜進(jìn)行了力學(xué)性能、導(dǎo)電性能和電磁屏蔽性能的測試。研究結(jié)果表明,明膠分子可通過化學(xué)鍵和氫鍵的作用與石墨烯片層連接,形成空間立體網(wǎng)狀交聯(lián)結(jié)構(gòu),且這一交聯(lián)結(jié)構(gòu)并不會因為碘化氫還原而消失。明膠的引入會顯著提升薄膜的機械性能,當(dāng)明膠含量為10 wt%時,二元復(fù)合膜(rLG/G_(10))的拉伸強度、彈性模量和韌性可分別達(dá)到236±12.3 MPa、6.0±0.47 GPa和6.28±0.70 MJ/m~3,是純石墨烯薄膜的2.2倍、1.8倍和2.2倍,與此同時,rLG/G_(10)的導(dǎo)電性能和電磁屏蔽性能也維持在一個較高的水平,分別為8888±838 S/m和32.2 dB。力學(xué)性能分析表明:通過化學(xué)鍵和氫鍵連接石墨烯的明膠,會極大地增加薄膜內(nèi)部的結(jié)合力,導(dǎo)致強度的提高;而明膠作為一種具有良好柔性的一維高分子,在提升強度的同時也賦予薄膜良好的柔韌性。電磁屏蔽性能分析說明:通過此方法構(gòu)建的復(fù)合膜擁有良好的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò),因此電磁屏蔽性能性始終維持在較高的水平。(2)使用明膠、鈉基蒙脫土(MMT)和石墨烯通過真空抽濾的方式構(gòu)建一種三元復(fù)合膜。通過EDS、FTIR和XPS表征了薄膜的化學(xué)結(jié)構(gòu);使用SEM和XRD表征薄膜的截面形貌和層狀結(jié)構(gòu);對薄膜進(jìn)行了力學(xué)性能,導(dǎo)電性能和電磁屏蔽性能的測試。明膠和蒙脫土可協(xié)同增強石墨烯膜的力學(xué)性能,當(dāng)rLGO:Gelatin:MMT質(zhì)量比為9:1:1時,三元復(fù)合膜(rLG/G_(10)/M_(10))的拉伸強度可達(dá)260±20.1 MPa,該強度是純石墨烯薄膜的2.4倍。相較于rLG/G_(10),rLG/G_(10)/M_(10)拉伸強度的提高主要歸因于rLG/G_(10)/M_(10)內(nèi)部具有比rLG/G_(10)更強的結(jié)合力。與此同時,rLG/G_(10)/M_(10)的電磁屏蔽性能維持在一個較高的水平,達(dá)到30.5 dB,這主要是因為所構(gòu)建的特殊層狀結(jié)構(gòu)使石墨烯在插層蒙脫土后仍可構(gòu)建良好的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)。因著rLGO、gelatin和MMT間的相互作用,石墨烯膜的熱穩(wěn)定性會在加入gelatin和MMT后顯著提高。更加值得注意的是,蒙脫土的引入提高了石墨烯薄膜的隔熱性能,其原因在于MMT片層在三元網(wǎng)絡(luò)中形成了均勻有序排列的磚塊結(jié)構(gòu)和自身導(dǎo)熱率極低。(3)使用共沉淀法在氧化石墨(GO)烯表面修飾了四氧化三鐵(Fe_3O_4)納米粒子,并將修飾后的氧化石墨烯與天然橡膠(NR)膠乳進(jìn)行復(fù)合,最終通過平板硫化制得rGO@Fe_3O_4/NR復(fù)合膜。通過FTIR、XPS和XRD表征rGO@Fe_3O_4的化學(xué)結(jié)構(gòu),通過SEM分析了復(fù)合材料的斷面形貌,并對復(fù)合材料的力學(xué)性能、磁性能、導(dǎo)電性能和電磁屏蔽性能進(jìn)行了測試。研究結(jié)果表明,rGO@Fe_3O_4制備成功。rGO@Fe_3O_4/NR復(fù)合膜的導(dǎo)電性能和飽和磁化強度隨著rGO@Fe_3O_4添加量的增加而提高。rGO@Fe_3O_4的加入極大地提升了復(fù)合膜的拉伸強度和楊氏模量,在添加3份時分別達(dá)到18.3±0.76MPa和3.8±0.15 MPa,是純天然橡膠的42.6倍和8.8倍。同時,在rGO@Fe_3O_4添加量達(dá)到8份時,復(fù)合膜的電磁屏蔽性能達(dá)到8.3 dB。
【學(xué)位單位】：太原理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：TQ127.11;TB383.2
【部分圖文】：

蔽的原理蔽種類及原理按屏蔽類型可分為電場屏蔽、磁場屏蔽和電磁場屏蔽[3]。采用了渦流效應(yīng)法、電磁場理論、傳輸線理論法等不同的方法來其中，傳輸線理論法因其計算方便、精度高和容易理解而成為目種方法。傳輸線理論法是將屏蔽體看作一段傳輸線，電磁輻射通在外表面被反射一部分，剩余的電磁波向屏蔽體內(nèi)部傳輸。傳輸屏蔽體的連續(xù)衰減，并在屏蔽體的兩個界面間多次反射和透射。解釋的話，電磁屏蔽的機理包括屏蔽體表面的反射損耗、屏蔽體體內(nèi)部的多次反射損耗。圖 1-1 展示了在屏蔽材料中發(fā)生的三種圖[4]。

1-2 使用波導(dǎo)法通過矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀（VNA）對材料進(jìn)行 X 波段電磁屏蔽測試e 1-2 Test for the EMI shielding performance of testing of materials through wamethod using vector Network network analyzer (VNA)表 1-2 不同測試頻率對應(yīng)的波導(dǎo)法樣品尺寸Table 1-2 Sample sizes corresponding to different testing frequenciesin waveguide method頻率范圍/GHz 尺寸/mm*mm8.2-12.4 22.6 * 10.212.4-18 15.9 * 8.0318-26.5 10.95 * 4.5

太原理工大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文-3 所示，在內(nèi)外導(dǎo)體間放置圓環(huán)形的樣品，樣品，外徑 7 mm 的樣品可測試 0.5-18 GHz 的頻率點是環(huán)形樣品需要做的很薄且尺寸精度要求較隙會引起誤差）。
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本文編號：2837398