Page 133 - 《精细化工》2020年第7期

第 7 期 罗晓民，等: RGONs@Fe 3 O 4 /WPU 超细纤维合成革的制备及其电磁屏蔽性能 ·1415·

fiber synthetic leather obviously improved. When the dosage of RGONs@Fe 3O 4 was 5% (based on the
mass of WPU, the same below), the electromagnetic shielding coefficient (EMI SE) of RGONs@
Fe 3O 4/WPU superfine fiber synthetic leather in the frequency range of 8.2~12.4 GHz could reach 36 dB,
which was about 40% higher than that of RGONs/WPU superfine fiber synthetic leather. The surface effect
and electrical and magnetic double loss characteristics of the RGONs@Fe 3O 4 hybrid nanosheets is the key
to enhance the electromagnetic shielding performance of the composite leather.
Key words: reduced graphene oxide nanosheets; nano Fe 3O 4; waterborne polyurethane; superfine fiber
synthetic leather; electromagnetic shielding; functional materials

近年来，新型柔性电磁屏蔽材料已成为解决电
子设备引起电磁辐射污染问题的研究热点之一 [1-4] 。 1 实验部分
传统的电磁屏蔽材料，如玻璃、金属等，已不能满 1.1 试剂与仪器
足人们高质量生活及产品生产需求 [5-6] ，亟需研发低 石墨粉（12000 目），工业级，常州第六元素材
[7]
毒、轻质、柔性、频宽的新型电磁辐射屏蔽材料 。
料科技股份有限公司；NaNO 3 、KMnO 4 、浓硫酸、
而合成革材料在特种服饰、建筑、交通运输及军事
过氧化氢、FeSO 4 、FeCl 3 、水合肼，工业级，天津
等领域均有广泛的应用，因此，探究具有电磁屏
市天力 化学 试剂有 限公 司； WPU （固含量 为
蔽性能的功能型合成革具有重要的实用意义和市场
30%±5%），工业级，烟台华大化工有限公司。
价值。
VECTOR-22 型傅里叶变换红外光谱仪（FTIR），
还原氧化石墨烯纳米片（RGONs）具有独特的 德国 Bruker 公司；Renishaw inVia 显微拉曼光谱仪，
二维结构 [8-9] ，其比表面积大、导电性优异，在电磁
英国 Renishaw 公司；Kratos X 射线光电子能谱仪
屏蔽领域有着独特的应用优势 [10-11] 。SHEN 等 [12] 通
（XPS），日本岛津公司；D/max2200PC 型 X 射线
过在具有高孔隙网络结构的商业聚氨酯（PU）海绵
多晶衍射分析仪（XRD），德国 Bruker AXS 公司；
上浸涂石墨烯，开发出了超轻、可压缩、并具有良
S4800 型场发射扫描电子显微镜（SEM），日本理学
好的综合电磁屏蔽性能的 PU/石墨烯泡沫。但具有
公司；Tecnai G2 F20 S-TWIN 型透射电子显微镜
单一组分的电磁波吸收剂一般只依托于一种损耗机
（TEM），美国 FEI 公司；ZST-121 高绝缘电阻测量
制，如纯石墨烯基复合材料的电磁屏蔽机理主要是
仪，北京中航时代有限公司；振动样品磁强计，美
基于偶极子极化引起的介电损耗，其微波吸收性能
国 Micro Sense 公司；AgilentE83262B 型矢量网络分
不足以拓宽应用范围。Fe 3 O 4 具有低毒性、高相容性
析仪，美国 Agilent 公司；SZT-2B 四探针测试仪，
和室温强自旋极化等优点，对增强石墨烯基复合材 苏州同创公司。
料的磁损耗和电磁衰减具有重要意义 [13-14] 。DING 1.2 方法
等 [15] 采用化学水热生长法制备嵌入 Fe 3 O 4 /Fe 纳米环
采用水热共沉淀法，使用 FeSO 4 和 FeCl 3 作为
的还原氧化石墨烯纳米复合材料。该纳米复合样品
定量的铁盐溶液，其中二价铁盐与三价铁盐按
（厚度=4.0 mm）在 9.16 GHz 时的反射率为~23.09 2+ 3+
n(Fe )∶n(Fe )=1.00∶1.75 配成溶液〔理论比值为
dB，Fe 3 O 4 /Fe 纳米环的引入提高了其屏蔽效能并拓 2+ 3+ 2+
n(Fe )∶n(Fe )=1∶2，因 Fe 容易被氧化，因此，
宽了吸收频带。综上，具有异质结构的石墨烯基复 2+ [16]
Fe 过量〕，将其分散于改进的 Hummers 法 制备
合纳米材料是当前电磁屏蔽领域的研究热点，而具 的氧化石墨烯（GO）水溶液中，n(GO)∶n(Fe )=1∶
n+
有高电磁屏蔽性能的合成革材料在该领域应用仍尚 10，Fe 为 n(Fe )∶n(Fe )=1.00∶1.75 的铁盐，将
n+
3+
2+
需研究。 混合液超声分散后置于 500 mL 三颈烧瓶中，在氮气
本文将磁性纳米 Fe 3 O 4 粒子与 RGONs 进行掺杂 保护下升温至 50~60 ℃，加入质量分数为 10%的
来制备具有电、磁双损耗特性的 RGONs@Fe 3 O 4 杂 NaOH 溶液调节 pH≥9，搅拌反应 30 min，加入质
化纳米片，并将其作为电磁屏蔽填料与具有柔韧性 量分数为 40%水合肼在 90 ℃反应 5 h，将反应产物
好、附着力强、易加工、环保、用途广泛的水性聚 抽滤并用去离子水洗涤直至滤液 pH=7，冷冻干燥后
氨酯乳液（WPU）进行复合，得到了一种表面涂覆 制得 RGONs@Fe 3 O 4 纳米粒子；将 0、1%、2%、3%、
RGONs@Fe 3 O 4 /WPU 复合涂层的功能型超细纤维合 4%、5%（以 WPU 质量计，下同）的 RGONs@Fe 3 O 4
成革，以期改善超细纤维合成革的电磁屏蔽性能， 纳米粒子分别与 WPU 共混超声 15 min，刮涂于超
并探究了其电磁屏蔽作用机理。 细纤维基布表面，在 50 ℃下真空干燥 5 h，制得