本發(fā)明屬于聚苯胺材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種泡沫金屬摻雜石墨烯-聚苯胺電磁屏蔽材料及其制備方法。

背景技術(shù)：

金屬泡沫材料是金屬基體中含有一定數(shù)量、孔徑和孔隙率的金屬材料，金屬泡沫材料可分為胞狀金屬、多孔金屬和泡沫金屬，其中，胞狀金屬為閉口結(jié)構(gòu)，多孔金屬和泡沫金屬為開(kāi)孔結(jié)構(gòu)，而泡沫金屬的孔隙率大于90％。泡沫金屬是近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的一種新型多功能結(jié)構(gòu)材料，泡沫金屬具有密度小、孔隙率高、比表面積大、可透過(guò)流體等結(jié)構(gòu)特征，而且具有隔音、隔熱、防震、耐沖擊、優(yōu)良的電學(xué)性能和可回收性等特點(diǎn)，在航空航天、交通等領(lǐng)域具有潛在的用途。泡沫金屬具有良好的導(dǎo)電性能，三維連通的多孔結(jié)構(gòu)使得電磁波入射到孔洞中時(shí)產(chǎn)生多次反射和散射損耗，在一定波段內(nèi)具有與實(shí)體金屬板相當(dāng)?shù)碾姶牌帘涡?，但是目前泡沫金屬在電磁屏蔽材料的研究并不多?jiàn)。

中國(guó)專(zhuān)利cn100577715c公開(kāi)的一種電磁屏蔽高分子復(fù)合材料，該電磁屏蔽高分子復(fù)合材料主要由泡沫金屬與高分子材料復(fù)合而成，泡沫金屬為孔隙率75％以上的泡沫鎳、泡沫銅和泡沫鐵，高分子材料為abs、pe、氯化橡膠和單組份丙烯酸樹(shù)脂或者環(huán)氧樹(shù)脂，該復(fù)合材料可以是以泡沫金屬片材或者卷材作為基體骨架其間填滿高分子材料的實(shí)體材料，是直接將泡沫金屬作為基體澆筑或者模壓高分子材料或者橡膠，制成致密的電磁屏蔽片材或者卷材。該復(fù)合材料中高分子材料與泡沫金屬制件結(jié)合力小，高分子材料充滿整個(gè)孔隙，降低了內(nèi)部孔洞的散射和反射效率。中國(guó)專(zhuān)利cn103436939b公開(kāi)的泡沫金屬-石墨烯復(fù)合材料及其制備方法，將石墨烯和電解質(zhì)加入有機(jī)溶劑中形成電泳液，以泡沫金屬作為基體，經(jīng)電泳沉積得到泡沫金屬-石墨烯復(fù)合材料。該產(chǎn)品采用電泳方法制備，復(fù)合材料中石墨烯的含量少，成本高，電泳方法制備效率低，不適合工業(yè)化生產(chǎn)。

聚苯胺由于原料易得，合成方法簡(jiǎn)單，結(jié)構(gòu)多樣，導(dǎo)電率較高及環(huán)境穩(wěn)定性好等特點(diǎn)，在電磁屏蔽領(lǐng)域具有巨大的使用價(jià)值和廣闊的應(yīng)用前景，聚苯胺材料與其他材料復(fù)合可賦予電磁屏蔽材料更優(yōu)的綜合性能，具有較好的市場(chǎng)前景。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種泡沫金屬摻雜石墨烯-聚苯胺電磁屏蔽材料及其制備方法，采用化學(xué)原位聚合的方法，將石墨烯-聚苯胺附著于泡沫金屬的表面，制備得到比重輕，電磁波吸收率高的電磁屏蔽材料，而且制備方法簡(jiǎn)單，效率高，成本低，適合于工業(yè)化生產(chǎn)。

為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明的技術(shù)方案是：

一種泡沫金屬摻雜石墨烯-聚苯胺電磁屏蔽材料，所述泡沫金屬摻雜石墨烯-聚苯胺電磁屏蔽材料包括基材和修飾層，所述基材為泡沫金屬，所述修飾層為石墨烯-聚苯胺層，所述泡沫金屬為泡沫鎳、泡沫鋁或者泡沫銀，所述沫金屬摻雜石墨烯-聚苯胺電磁屏蔽材料是采用原位化學(xué)氧化聚合法制備的。

作為上述技術(shù)方案的優(yōu)選，所述泡沫金屬的孔隙密度為10-140ppi。

本發(fā)明還提供一種泡沫金屬摻雜石墨烯-聚苯胺電磁屏蔽材料的制備方法，包括以下步驟：

(1)配置樟腦磺酸溶液，將其均勻分成兩份，備用；

(2)稱(chēng)取適量的苯胺單體與泡沫金屬相混合，靜置30min，將其加入其中一份樟腦磺酸溶液中，記為混合物a；稱(chēng)取適量氧化劑和氧化石墨烯溶液加入另一份樟腦磺酸溶液中，記為溶液b；

(3)將溶液b緩慢滴入混合物a中，在-10-0℃下發(fā)生氧化聚合反應(yīng)，反應(yīng)時(shí)間為1-6h，反應(yīng)完畢后，將表面修飾有摻雜石墨烯-聚苯胺的泡沫金屬?gòu)姆磻?yīng)液中取出，使用去離子水和無(wú)水乙醇反復(fù)洗滌，干燥后，得到泡沫金屬摻雜石墨烯-聚苯胺電磁屏蔽材料。

作為上述技術(shù)方案的優(yōu)選，所述步驟(1)中，樟腦磺酸溶液的含量為0.5-2mol/l。

作為上述技術(shù)方案的優(yōu)選，所述步驟(2)中，所述泡沫金屬為泡沫鎳、泡沫鋁或者泡沫銀，所述泡沫金屬的孔隙密度為10-140ppi。

作為上述技術(shù)方案的優(yōu)選，所述步驟(2)中，所述泡沫金屬相為片材或者卷材。

作為上述技術(shù)方案的優(yōu)選，所述步驟(2)中，混合物a中泡沫金屬的含量為0.005-0.1g/ml，泡沫金屬和苯胺單體的質(zhì)量比為1-2:4-1。

作為上述技術(shù)方案的優(yōu)選，所述步驟(2)中，混合物b中氧化劑的含量為0.06-0.77g/ml，所述氧化劑為質(zhì)量比為0.38-1.55的過(guò)硫酸銨和重絡(luò)酸鉀的混合物。

作為上述技術(shù)方案的優(yōu)選，所述步驟(2)中，混合物b中氧化石墨烯溶液的含量為10-20mg/ml。

作為上述技術(shù)方案的優(yōu)選，所述步驟(3)中，泡沫金屬摻雜石墨烯-聚苯胺電磁屏蔽材料的厚度為0.4-1.2mm的薄片。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果：

(1)本發(fā)明制備的泡沫金屬摻雜石墨烯-聚苯胺電磁屏蔽材料包括泡沫金屬和石墨烯-聚苯胺層，采用化學(xué)原位聚合的方法，在泡沫金屬表面修飾石墨烯-聚苯胺層，電磁波在泡沫金屬的內(nèi)部孔洞中發(fā)生有效反射，同時(shí)泡沫金屬表面修飾的石墨烯-聚苯胺層可以有效的吸收和衰減電磁波，將反射與吸收兩者有效的結(jié)合，提高材料的電磁屏蔽效能。

(2)本發(fā)明制備的泡沫金屬摻雜石墨烯-聚苯胺電磁屏蔽材料中石墨烯-聚苯胺層是采用原位聚合法形成，是在泡沫金屬和石墨烯的表面原位生長(zhǎng)聚苯胺，聚苯胺將石墨烯包覆附著于泡沫金屬的表面，且石墨烯和聚苯胺都為短簇狀，有利于增大比表面積，更有利于提高電磁屏蔽能力。

(3)本發(fā)明制備的泡沫金屬摻雜石墨烯-聚苯胺電磁屏蔽材料既具有泡沫金屬輕質(zhì)多孔、比表面積大和傳導(dǎo)性能好的結(jié)構(gòu)優(yōu)勢(shì)，又擁有石墨烯的尺寸特性，還具有聚苯胺的電磁吸收性能，使制備的復(fù)合材料的綜合性能優(yōu)異。

(4)本發(fā)明制備方法簡(jiǎn)單，可操作性強(qiáng)，成本低廉，生產(chǎn)效率高，有利于工業(yè)化大面積生產(chǎn)。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合具體實(shí)施例來(lái)詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明，在此本發(fā)明的示意性實(shí)施例以及說(shuō)明用來(lái)解釋本發(fā)明，但并不作為對(duì)本發(fā)明的限定。

實(shí)施例1：

配置1.5mol/l40ml樟腦磺酸溶液，將其均勻分成兩份。稱(chēng)取適量的苯胺單體與孔隙密度為130ppi的泡沫鋁相混合，靜置30min，將其加入其中一份樟腦磺酸溶液中，記為混合物a，其中泡沫金屬的含量為0.06g/ml，苯胺單體的含量為0.12g/ml；稱(chēng)取3.38g過(guò)硫酸銨和4.36g重絡(luò)酸鉀和氧化石墨烯溶液加入另一份樟腦磺酸溶液中，記為溶液b，其中氧化石墨烯溶液的含量為10mg/ml。將溶液b緩慢滴入混合物a中，在0℃下發(fā)生氧化聚合反應(yīng)，反應(yīng)時(shí)間為4h，反應(yīng)完畢后，將表面修飾有摻雜石墨烯-聚苯胺的泡沫金屬?gòu)姆磻?yīng)液中取出，使用去離子水和無(wú)水乙醇反復(fù)洗滌，干燥后，得到泡沫金屬摻雜石墨烯-聚苯胺電磁屏蔽材料。

實(shí)施例2：

配置1.5mol/l40ml樟腦磺酸溶液，將其均勻分成兩份。稱(chēng)取適量的苯胺單體與孔隙密度為130ppi的泡沫鎳相混合，靜置30min，將其加入其中一份樟腦磺酸溶液中，記為混合物a，其中泡沫金屬的含量為0.06g/ml，苯胺單體的含量為0.12g/ml；稱(chēng)取3.38g過(guò)硫酸銨和4.36g重絡(luò)酸鉀和氧化石墨烯溶液加入另一份樟腦磺酸溶液中，記為溶液b，其中氧化石墨烯溶液的含量為20mg/ml。將溶液b緩慢滴入混合物a中，在0℃下發(fā)生氧化聚合反應(yīng)，反應(yīng)時(shí)間為4h，反應(yīng)完畢后，將表面修飾有摻雜石墨烯-聚苯胺的泡沫金屬?gòu)姆磻?yīng)液中取出，使用去離子水和無(wú)水乙醇反復(fù)洗滌，干燥后，得到泡沫金屬摻雜石墨烯-聚苯胺電磁屏蔽材料。

實(shí)施例3：

配置1.5mol/l40ml樟腦磺酸溶液，將其均勻分成兩份。稱(chēng)取適量的苯胺單體與孔隙密度為130ppi的泡沫銀相混合，靜置30min，將其加入其中一份樟腦磺酸溶液中，記為混合物a，其中泡沫金屬的含量為0.06g/ml，苯胺單體的含量為0.12g/ml；稱(chēng)取3.38g過(guò)硫酸銨和4.36g重絡(luò)酸鉀和氧化石墨烯溶液加入另一份樟腦磺酸溶液中，記為溶液b，其中氧化石墨烯溶液的含量為15mg/ml。將溶液b緩慢滴入混合物a中，在0℃下發(fā)生氧化聚合反應(yīng)，反應(yīng)時(shí)間為4h，反應(yīng)完畢后，將表面修飾有摻雜石墨烯-聚苯胺的泡沫金屬?gòu)姆磻?yīng)液中取出，使用去離子水和無(wú)水乙醇反復(fù)洗滌，干燥后，得到泡沫金屬摻雜石墨烯-聚苯胺電磁屏蔽材料。

實(shí)施例4：

配置1.5mol/l40ml樟腦磺酸溶液，將其均勻分成兩份。稱(chēng)取適量的苯胺單體與孔隙密度為140ppi的泡沫鎳相混合，靜置30min，將其加入其中一份樟腦磺酸溶液中，記為混合物a，其中泡沫金屬的含量為0.1g/ml，苯胺單體的含量為0.2g/ml；稱(chēng)取5.64g過(guò)硫酸銨和7.27g重絡(luò)酸鉀和氧化石墨烯溶液加入另一份樟腦磺酸溶液中，記為溶液b，其中氧化石墨烯溶液的含量為13mg/ml。將溶液b緩慢滴入混合物a中，在0℃下發(fā)生氧化聚合反應(yīng)，反應(yīng)時(shí)間為4h，反應(yīng)完畢后，將表面修飾有摻雜石墨烯-聚苯胺的泡沫金屬?gòu)姆磻?yīng)液中取出，使用去離子水和無(wú)水乙醇反復(fù)洗滌，干燥后，得到泡沫金屬摻雜石墨烯-聚苯胺電磁屏蔽材料。

實(shí)施例5：

配置1.5mol/l40ml樟腦磺酸溶液，將其均勻分成兩份。稱(chēng)取適量的苯胺單體與孔隙密度為10ppi的泡沫鎳相混合，靜置30min，將其加入其中一份樟腦磺酸溶液中，記為混合物a，其中泡沫金屬的含量為0.005g/ml，苯胺單體的含量為0.01g/ml；稱(chēng)取0.28g過(guò)硫酸銨和0.36g重絡(luò)酸鉀和氧化石墨烯溶液加入另一份樟腦磺酸溶液中，記為溶液b，其中氧化石墨烯溶液的含量為18mg/ml。將溶液b緩慢滴入混合物a中，在0℃下發(fā)生氧化聚合反應(yīng)，反應(yīng)時(shí)間為4h，反應(yīng)完畢后，將表面修飾有摻雜石墨烯-聚苯胺的泡沫金屬?gòu)姆磻?yīng)液中取出，使用去離子水和無(wú)水乙醇反復(fù)洗滌，干燥后，得到泡沫金屬摻雜石墨烯-聚苯胺電磁屏蔽材料。

實(shí)施例6：

配置1.5mol/l40ml樟腦磺酸溶液，將其均勻分成兩份。稱(chēng)取適量的苯胺單體與孔隙密度為130ppi的泡沫鋁相混合，靜置30min，將其加入其中一份樟腦磺酸溶液中，記為混合物a，其中泡沫金屬的含量為0.06g/ml，苯胺單體的含量為0.12g/ml；稱(chēng)取3.38g過(guò)硫酸銨和4.36g重絡(luò)酸鉀和氧化石墨烯溶液加入另一份樟腦磺酸溶液中，記為溶液b，其中氧化石墨烯溶液的含量為14mg/ml。將溶液b緩慢滴入混合物a中，在-10℃下發(fā)生氧化聚合反應(yīng)，反應(yīng)時(shí)間為4h，反應(yīng)完畢后，將表面修飾有摻雜石墨烯-聚苯胺的泡沫金屬?gòu)姆磻?yīng)液中取出，使用去離子水和無(wú)水乙醇反復(fù)洗滌，干燥后，得到泡沫金屬摻雜石墨烯-聚苯胺電磁屏蔽材料。

實(shí)施例7：

配置0.5mol/l40ml樟腦磺酸溶液，將其均勻分成兩份。稱(chēng)取適量的苯胺單體與孔隙密度為140ppi的泡沫銀相混合，靜置30min，將其加入其中一份樟腦磺酸溶液中，記為混合物a，其中泡沫金屬的含量為0.005g/ml，苯胺單體的含量為0.12g/ml；稱(chēng)取3.38g過(guò)硫酸銨和4.36g重絡(luò)酸鉀和氧化石墨烯溶液加入另一份樟腦磺酸溶液中，記為溶液b，其中氧化石墨烯溶液的含量為20mg/ml。將溶液b緩慢滴入混合物a中，在-5℃下發(fā)生氧化聚合反應(yīng)，反應(yīng)時(shí)間為2h，反應(yīng)完畢后，將表面修飾有摻雜石墨烯-聚苯胺的泡沫金屬?gòu)姆磻?yīng)液中取出，使用去離子水和無(wú)水乙醇反復(fù)洗滌，干燥后，得到泡沫金屬摻雜石墨烯-聚苯胺電磁屏蔽材料。

實(shí)施例8：

配置2mol/l40ml樟腦磺酸溶液，將其均勻分成兩份。稱(chēng)取適量的苯胺單體與孔隙密度為100ppi的泡沫鎳、泡沫鋁或者泡沫銀相混合，靜置30min，將其加入其中一份樟腦磺酸溶液中，記為混合物a，其中泡沫金屬的含量為0.01g/ml，苯胺單體的含量為0.2g/ml；稱(chēng)取0.85g過(guò)硫酸銨和1.09g重絡(luò)酸鉀和氧化石墨烯溶液加入另一份樟腦磺酸溶液中，記為溶液b，其中氧化石墨烯溶液的含量為13mg/ml。將溶液b緩慢滴入混合物a中，在-3℃下發(fā)生氧化聚合反應(yīng)，反應(yīng)時(shí)間為6h，反應(yīng)完畢后，將表面修飾有摻雜石墨烯-聚苯胺的泡沫金屬?gòu)姆磻?yīng)液中取出，使用去離子水和無(wú)水乙醇反復(fù)洗滌，干燥后，得到泡沫金屬摻雜石墨烯-聚苯胺電磁屏蔽材料。

實(shí)施例9：

配置2mol/l40ml樟腦磺酸溶液，將其均勻分成兩份。稱(chēng)取適量的苯胺單體與孔隙密度為50ppi的泡沫鎳相混合，靜置30min，將其加入其中一份樟腦磺酸溶液中，記為混合物a，其中泡沫金屬的含量為0.05g/ml，苯胺單體的含量為0.05g/ml；稱(chēng)取5.64g過(guò)硫酸銨和7.27g重絡(luò)酸鉀和氧化石墨烯溶液加入另一份樟腦磺酸溶液中，記為溶液b，其中氧化石墨烯溶液的含量為15mg/ml。將溶液b緩慢滴入混合物a中，在-8℃下發(fā)生氧化聚合反應(yīng)，反應(yīng)時(shí)間為1h，反應(yīng)完畢后，將表面修飾有摻雜石墨烯-聚苯胺的泡沫金屬?gòu)姆磻?yīng)液中取出，使用去離子水和無(wú)水乙醇反復(fù)洗滌，干燥后，得到泡沫金屬摻雜石墨烯-聚苯胺電磁屏蔽材料。

實(shí)施例10：

配置1mol/l40ml樟腦磺酸溶液，將其均勻分成兩份。稱(chēng)取適量的苯胺單體與孔隙密度為120ppi的泡沫鎳、泡沫鋁或者泡沫銀相混合，靜置30min，將其加入其中一份樟腦磺酸溶液中，記為混合物a，其中泡沫金屬的含量為0.005g/ml，苯胺單體的含量為0.08g/ml；稱(chēng)取3.38g過(guò)硫酸銨和4.36g重絡(luò)酸鉀和氧化石墨烯溶液加入另一份樟腦磺酸溶液中，記為溶液b，其中氧化石墨烯溶液的含量為18mg/ml。將溶液b緩慢滴入混合物a中，在0℃下發(fā)生氧化聚合反應(yīng)，反應(yīng)時(shí)間為6h，反應(yīng)完畢后，將表面修飾有摻雜石墨烯-聚苯胺的泡沫金屬?gòu)姆磻?yīng)液中取出，使用去離子水和無(wú)水乙醇反復(fù)洗滌，干燥后，得到泡沫金屬摻雜石墨烯-聚苯胺電磁屏蔽材料。

對(duì)比例1：

配置1.5mol/l40ml樟腦磺酸溶液，將其均勻分成兩份。稱(chēng)取適量的苯胺單體與孔隙密度為130ppi的泡沫鋁相混合，靜置30min，將其加入其中一份樟腦磺酸溶液中，記為混合物a，其中泡沫金屬的含量為0.06g/ml，苯胺單體的含量為0.12g/ml；稱(chēng)取3.38g過(guò)硫酸銨和4.36g重絡(luò)酸鉀加入另一份樟腦磺酸溶液中，記為溶液b。將溶液b緩慢滴入混合物a中，在0℃下發(fā)生氧化聚合反應(yīng)，反應(yīng)時(shí)間為4h，反應(yīng)完畢后，將表面修飾有摻雜石墨烯-聚苯胺的泡沫金屬?gòu)姆磻?yīng)液中取出，使用去離子水和無(wú)水乙醇反復(fù)洗滌，干燥后，得到泡沫金屬摻雜聚苯胺電磁屏蔽材料。

經(jīng)檢測(cè)，實(shí)施例1-6制備的0.4mm厚的泡沫金屬摻雜石墨烯-聚苯胺電磁屏蔽材料以及對(duì)比例的泡沫金屬摻雜聚苯胺電磁屏蔽材料在電磁波頻率為8.2-12.4ghz下的電磁屏蔽效能的結(jié)果如下所示：

由上表可見(jiàn)，本發(fā)明制備的泡沫金屬摻雜石墨烯-聚苯胺電磁屏蔽材料與傳統(tǒng)的泡沫金屬相比屏蔽效能顯著提高，且添加石墨烯其屏蔽效能也有明顯的改善。

上述實(shí)施例僅例示性說(shuō)明本發(fā)明的原理及其功效，而非用于限制本發(fā)明。任何熟悉此技術(shù)的人士皆可在不違背本發(fā)明的精神及范疇下，對(duì)上述實(shí)施例進(jìn)行修飾或改變。因此，舉凡所屬技術(shù)領(lǐng)域中具有通常知識(shí)者在未脫離本發(fā)明所揭示的精神與技術(shù)思想下所完成的一切等效修飾或改變，仍應(yīng)由本發(fā)明的權(quán)利要求所涵蓋。