石墨烯基透明电磁屏蔽薄膜的研究

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随着现代电子技术和无线通信技术的迅速发展,射频辐射的电磁干扰正成为一种严重的新型污染源。为了减小这种污染,科研人员提出许多方法,其中屏蔽保护是防止电磁污染的最有效手段。传统的电磁屏蔽材料存在质量大,表面坚硬且不透明等弊端,已经不能满足新一代无线通信系统及物联网对柔性及透明器件的需求。因此,需要寻找一种轻质、柔性、透明的材料来替代传统的电磁屏蔽材料。石墨烯纳米片作为二维纳米材料,具有优异的导电性、透光性、吸波性等多种性质,一经发现就引起了电磁屏蔽领域科学家们的广泛关注。本文采用理论分析电磁屏蔽效能的方法,将金属纳米线和石墨烯结合在一起,采用两步旋涂法制备石墨烯基透明电磁屏蔽薄膜,并分别在Ku波段和K波段研究其性能。论文的研究工作和结果如下:首先,本文通过理论计算分析影响薄膜电磁屏蔽效能和透光性的因素,并结合石墨烯和金属纳米线的结构特点,实现电磁屏蔽效能与透光性之间的平衡。其次,本文利用液相剥离法制备导电率可调节的石墨烯纳米片,同时利用改进的多元醇法制备分散均匀的银纳米线,通过两步旋涂法制备复合薄膜。分析薄膜在400-800 nm下的透光性以及在Ku波段与K波段的电磁屏蔽效能。所获得的复合薄膜具有优异的电磁屏蔽效能和透光率,在两个频段的电磁屏蔽效能均可达到26 dB,同时其透光率高于78.4%。最后,分析测试薄膜的稳定性。对所制备的复合薄膜进行了电阻稳定性测试,结果表明薄膜在弯曲前后电阻几乎不变,同时薄膜可以恢复到原形状,证明其结构稳定性良好。另外,本课题对比了复合薄膜和银纳米线薄膜在弯曲前后电磁屏蔽效能的变化。实验结果表明,银纳米线薄膜在弯曲后,电磁屏蔽效能在两个频段均有所降低,而经过相同变化的复合薄膜在两个频段的性能几乎不变。最后,将两种薄膜分别静置于空气中一个月,对比薄膜电磁屏蔽效能的变化,银纳米线薄膜电磁屏蔽效能在两个波段内均有所下降,而复合薄膜性能几乎不变。通过上述实验也可证明复合薄膜的化学稳定性良好。本文提出的两步旋涂法制备石墨烯基透明电磁屏蔽薄膜的方法简便,可操作性强。利用此方法制备的复合薄膜具有优异的屏蔽效能以及结构稳定性。本文制作的薄膜在柔性、轻质和透明电磁屏蔽器件的应用中具有巨大的潜力。
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