高等学校化学学报 ›› 2019, Vol. 40 ›› Issue (3): 567.doi: 10.7503/cjcu20180561
张恩爽, 吕通, 刘韬, 黄红岩, 刘圆圆, 郭慧, 李文静(), 赵英民(
), 杨洁颖
收稿日期:
2019-08-10
出版日期:
2019-01-24
发布日期:
2019-01-24
作者简介:
联系人简介: 李文静, 女, 博士, 研究员, 主要从事耐高温气凝胶及功能气凝胶材料方面的研究. E-mail:
ZHANG Enshuang, LÜ Tong, LIU Tao, HUANG Hongyan, LIU Yuanyuan, GUO Hui, LI Wenjing*(), ZHAO Yingmin*(
), YANG Jieying
Received:
2019-08-10
Online:
2019-01-24
Published:
2019-01-24
Contact:
LI Wenjing,ZHAO Yingmin
E-mail:ht31wj@126.com;zhaoyingmin-0502@163.com
摘要:
采用溶胶-凝胶、 超临界干燥及高温裂解技术制备了不同石墨烯掺杂量的碳气凝胶(G-CA)粉体材料, 通过控制材料的组成和微观结构, 制备了密度仅为0.0093 g/cm3的低密度高导电性气凝胶粉体. 将G-CA粉体布撒在空气中, 测试其对毫米波、 可见光和红外光的衰减性能. 结果表明, 相对于纯碳气凝胶和纯石墨烯气凝胶, G-CA粉体对3种波段的电磁波的衰减性能大幅度提高. 其中石墨烯/掺杂量为7%的碳气凝胶(7%G-CA)在布撒初期和布撒20 min后, 对红外光和可见光均具有97%和94%以上的遮蔽率; 对于毫米波, 在布撒初期和布撒10 min以后, 分别具有75%和65%以上的遮蔽率. G-CA粉体具有良好的分等级微纳米结构及高导电性和超低密度, 该微观结构与组成的协同作用使其呈现出优异的多波段、 长时有效的电磁干扰性能, 有望扩展和延伸传统烟幕材料的应用范围.
中图分类号:
TrendMD:
张恩爽, 吕通, 刘韬, 黄红岩, 刘圆圆, 郭慧, 李文静, 赵英民, 杨洁颖. 石墨烯掺杂碳气凝胶粉体的制备及电磁干扰性能. 高等学校化学学报, 2019, 40(3): 567.
ZHANG Enshuang,LÜ Tong,LIU Tao,HUANG Hongyan,LIU Yuanyuan,GUO Hui,LI Wenjing,ZHAO Yingmin,YANG Jieying. Preparation of Graphene/Carbon Aerogel and Its Applied Research in Multi-frequency Band Electromagnetic Interference. Chem. J. Chinese Universities, 2019, 40(3): 567.
Fig.3 Nitrogen sorption isotherms(A—F) and BJH pore size distributions(inset) of the CA(A),2%G-CA(B), 4%G-CA(C), 5%G-CA(D), 7%G-CA(E) and 100%GA(F)a. Desorption; b. adsorption.
Sample | Bulk density/(g·cm-3) | Shrinkage rate(%) | Conductivity/(S·m-1) | D(0.5)/μm |
---|---|---|---|---|
CA | 0.154 | 78 | 3.89 | 3.5 |
2%G-CA | 0.092 | 68 | 87.6 | 4.5 |
4%G-CA | 0.030 | 63 | 114.2 | 9.1 |
5%G-CA | 0.014 | 53 | 238.5 | 10.2 |
7%G-CA | 0.009 | 35 | 2880 | 14.8 |
100%GA | 0.126 | 86 | 3165 | 13.8 |
Table 1 Density and conductivity of graphene/carbon aerogels
Sample | Bulk density/(g·cm-3) | Shrinkage rate(%) | Conductivity/(S·m-1) | D(0.5)/μm |
---|---|---|---|---|
CA | 0.154 | 78 | 3.89 | 3.5 |
2%G-CA | 0.092 | 68 | 87.6 | 4.5 |
4%G-CA | 0.030 | 63 | 114.2 | 9.1 |
5%G-CA | 0.014 | 53 | 238.5 | 10.2 |
7%G-CA | 0.009 | 35 | 2880 | 14.8 |
100%GA | 0.126 | 86 | 3165 | 13.8 |
Sample | Shield ratio(%) | |||
---|---|---|---|---|
Infrared band | Visible band | Millimeter wave | ||
3—5 μm | 8—12 μm | |||
CA | 96.4±1.9(5 s) | 90.4±0.9(5 s) | 92.7±1.9(5 s) | 0(5 s) |
90.0±1.8(20 min) | 81.6±1.6(20 min) | 90.0±1.8(20 min) | 0(10 min) | |
2%G-CA | 99.5±2.0(5 s) | 97.6±2.0(5 s) | 95.5±1.9(5 s) | 33.1±0.3(5 s) |
94.2±1.9(20 min) | 83.2±1.6(20 min) | 88.9±1.8(20 min) | 28.3±0.3(10 min) | |
4%G-CA | 95.0±1.9(5 s) | 95.4±1.9(5 s) | 95.0±1.9(5 s) | 78.0±0.8(5 s) |
92.5±1.8(20 min) | 88.4±1.7(20 min) | 92.5±1.9(20 min) | 60.0±0.6(10 min) | |
5%G-CA | 99.8±2.0(5 s) | 98.7±2.0(5 s) | 95.4±1.9(5 s) | 79.3±0.8(5 s) |
96.9±1.9(20 min) | 88.4±1.7(20 min) | 94.3±1.9(20 min) | 61.8±0.6(10 min) | |
7%G-CA | 99.8±2.0(5 s) | 97.2±1.9(5 s) | 97.2±1.9(5 s) | 75.8±0.8(5 s) |
96.6±1.9(20 min) | 95.7±1.9(20 min) | 94.0±1.9(20 min) | 65.2±0.7(10 min) | |
100%GA | 99.9±2.0(5 s) | 97.2±1.9(5 s) | 97.9±2.0(5 s) | 78.4±0.8(5 s) |
97.8±1.9(20 min) | 93.9±1.9(20 min) | 80.4±1.6(20 min) | 48.9±0.5(10 min) |
Table 2 Shielding ratio of graphene/carbon aerogels with various proportions in different wave band
Sample | Shield ratio(%) | |||
---|---|---|---|---|
Infrared band | Visible band | Millimeter wave | ||
3—5 μm | 8—12 μm | |||
CA | 96.4±1.9(5 s) | 90.4±0.9(5 s) | 92.7±1.9(5 s) | 0(5 s) |
90.0±1.8(20 min) | 81.6±1.6(20 min) | 90.0±1.8(20 min) | 0(10 min) | |
2%G-CA | 99.5±2.0(5 s) | 97.6±2.0(5 s) | 95.5±1.9(5 s) | 33.1±0.3(5 s) |
94.2±1.9(20 min) | 83.2±1.6(20 min) | 88.9±1.8(20 min) | 28.3±0.3(10 min) | |
4%G-CA | 95.0±1.9(5 s) | 95.4±1.9(5 s) | 95.0±1.9(5 s) | 78.0±0.8(5 s) |
92.5±1.8(20 min) | 88.4±1.7(20 min) | 92.5±1.9(20 min) | 60.0±0.6(10 min) | |
5%G-CA | 99.8±2.0(5 s) | 98.7±2.0(5 s) | 95.4±1.9(5 s) | 79.3±0.8(5 s) |
96.9±1.9(20 min) | 88.4±1.7(20 min) | 94.3±1.9(20 min) | 61.8±0.6(10 min) | |
7%G-CA | 99.8±2.0(5 s) | 97.2±1.9(5 s) | 97.2±1.9(5 s) | 75.8±0.8(5 s) |
96.6±1.9(20 min) | 95.7±1.9(20 min) | 94.0±1.9(20 min) | 65.2±0.7(10 min) | |
100%GA | 99.9±2.0(5 s) | 97.2±1.9(5 s) | 97.9±2.0(5 s) | 78.4±0.8(5 s) |
97.8±1.9(20 min) | 93.9±1.9(20 min) | 80.4±1.6(20 min) | 48.9±0.5(10 min) |
Fig.6 Transmittance and shielding ratio curves of aerogels powder for different wave band(A) Infrared band(3—5 μm); (B) infrared band(8—12 μm); (C) visible band; (D) millimeter waves.
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