Page 62 - 《精细化工》2022年第4期
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·698·                             精细化工   FINE CHEMICALS                                 第 39 卷

                 Key words: reduced graphene oxide; aramid nanofibers; aerogel; electromagnetic shielding; compression
                 resilience; functional materials


                 随着电子设备的飞速发展，电磁污染问题日益                          矢量网络分析仪系统地研究了不同 RGO 添加量对
            严峻，影响电子设备的性能，导致设备使用寿命缩                             RGO/ANFs 复合气凝胶的微观形貌、导电性能、压
            短和数据泄露       [1-3] ，对人体健康和周围环境具有潜在                 缩应力和电磁屏蔽性能的影响。
                [4]
            危害 。因此，对电磁辐射进行有效屏蔽意义重大。
            不同于普通屏蔽领域，在通信、微电子和航天器屏                             1   实验部分
            蔽应用中，对电磁屏蔽材料提出了轻质、稳定且高
                                                               1.1   试剂与仪器
            屏蔽效率的要求。然而，传统的金属电磁屏蔽材料
                                                                   对位芳纶纤维（PPTA，长度 3~5 mm），河北硅
            耐腐蚀性差、密度高、屏蔽损耗较低等问题难以满                             谷有限公司；二甲基亚砜（DMSO）、氢氧化钾、亚
            足电磁屏蔽领域发展需求            [5-6] 。因此，开发设计轻质
                                                               硫酸氢钠，AR，天津市大茂化学试剂有限公司；石
            电磁屏蔽材料尤为迫切。
                                                               墨粉（Graphite，325 目，质量分数 99.95%），AR，
                 气凝胶是一类具有超低密度，高孔隙率，高比
                                                               阿拉丁试剂（上海）有限公司；高锰酸钾、硫酸（质
            表面积等特点的多孔材料，可使电磁波在其内部达                             量分数 95%~98%），AR，洛阳昊华化学试剂有限公
            到多重反射耗散，有效地增强电磁屏蔽性能                     [7-9] 。芳
                                                               司；硝酸钾（质量分数≥99.0%），AR，天津市天力
            纶气凝胶是由芳纶纳米纤维（ANFs）制备而来，具
                                                               化学试剂有限公司；去离子水（DI），上海砾鼎水处
            有优异力学性能和极强的环境稳定性，是一种性能                             理设备有限公司 STAR 系列实验室超纯水，自制。
            优异的基体材料        [10] ，但其本身不导电，电磁屏蔽性
                                                                   VEGA 3 SBH 型扫描电子显微镜（SEM），捷克
            能差，因而，如何赋予芳纶气凝胶良好的电磁屏蔽
                                                               Tescan 公司；VER TEX  70 型傅里叶变换红外光谱
            性能具有重要意义。氧化石墨烯（GO）凭借其超薄
                                                               仪（FTIR）、D/max2200PC 型 X 射线衍射分析光谱
            的二维结构、优异的电学性能广泛用于增强聚合物                             仪（XRD），日本理学株式会社；Tecnai G2 F20
            的电磁屏蔽性能        [11] 。WAN 等 [12] 通过引入 GO，采用         S-TWIN 透射电子显微镜（TEM），美国 FEI 公司；
            冷冻干燥和炭化工艺制备了具有优异电磁屏蔽性能                             AXIS SUPRA 型 X 射线光电子能谱仪（XPS），英国
            的超轻纤维素/还原氧化石墨烯（RGO）复合气凝胶，                          Kratos 公司；AI-700-NGD 型伺服材料多功能高低温
            RGO 添加量为 50%（以纤维素质量为基准）时，电                         控制试验机，高特威尔（东莞）有限公司；ST2263-
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            磁屏蔽性能达 47.8 dB，密度为 0.283 g/cm ，但由于                 型双电测数字式四探针测试仪，苏州京格电子有限
            经过炭化工艺，复合气凝胶压缩应力较低，仅为                              公司；ZNB20 矢量网络分析仪，美国 Agilent 公司。
            5 kPa。BURIAK 等    [13] 通过引入 GO，利用水热还原              1.2   方法
            法制备了 RGO/四氧化三铁/聚吡咯复合气凝胶，极                          1.2.1   去质子化法制备 ANFs
            大增强了其电磁屏蔽性能，但气凝胶的密度较大（高                                去质子化法制备 ANFs 的方法与本课题组已报
                      3
            达 0.4 g/cm ）。SHEN 等  [14] 引入碳纳米管来增强聚氨              道文献一致     [15] 。将 10 mL 去离子水、1.0 g PPTA 和
            酯的电磁屏蔽性能，碳纳米管添加量为 50%（以聚                           1.5 g KOH 加入到 490 mL DMSO 中，室温下剧烈搅
            氨酯质量为基准），所得碳纳米管/聚氨酯复合气凝                            拌 4 h，形成 ANFs/DMSO 分散液（质量浓度 2 g/L），
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            胶电磁屏蔽性能最高可达 50 dB，密度为 0.126 g/cm 。                 静置备用。
            以上研究表明，通过引入导电填料可以显著提高聚                             1.2.2   化学水热还原法制备 RGO
            合物基体的电磁屏蔽性能，然而其添加量较大，导                                 首先，用改进的 Hummers 法从石墨粉中制得
            致气凝胶的力学性能较差，且密度较大。此外，兼                             GO 粉末  [16] ，然后，在超声作用下，将 150 mg GO
            具力学性能与电磁屏蔽性能的轻质聚合物基气凝胶                             粉末均匀分散在 75 mL 去离子水中，超声 90 min，
            复合材料的报道相对较少。                                       形成 GO 分散液。随后，在不断搅拌下加入 2.0 g 亚
                 基于此，本研究首先通过化学水热还原法制备                          硫酸氢钠（NaHSO 3 ）作为还原剂，并在 80  ℃加热
            了 RGO，同时采用去质子化法制备了 ANFs，并以                         3 h。所得溶液冷却至室温并反复离心多次，用去离
            ANFs 为基体，以较少的 RGO 添加量（最大为 25%），                    子水不断冲洗，收集底部沉淀物，加入 75 mL 去离
            结合 ANFs 优异的力学性能和 RGO 优异的电学性                        子水超声约 20 min，制得 RGO 分散液，将所得溶
            能，采用冷冻干燥法成功制备了低 RGO 添加量的                           液在–30  ℃下冷藏待用。
            RGO/ANFs 复合气凝胶。分别采用 SEM、TEM、四                      1.2.3   冷冻干燥法制备 RGO/ANFs 复合气凝胶
            探针测试仪、伺服材料多功能高低温控制试验机和                                 首先，将 100 mL  ANFs/DMSO 分散液分散在
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