高速发展的现代电子集成技术所产生的电磁辐射严重干扰了精密电器件准确度和灵敏性，同时也对环境造成了严重的污染。当今社会非常需要高性能的电磁屏蔽材料来保护我们的生产生活不受电磁辐射污染的影响。石墨烯由于其自身优异的导电导热以及力学性能受到越来越多的重视。但是，当石墨烯与高分子聚合物基体相结合时，因石墨烯在基体中团聚和分散不均的问题，其优异的性能只能被部分地保留下来。传统的石墨烯基材料是通过还原氧化石墨的方法制备，该种方法的强氧化作用和大强度剥离会使得石墨烯的完整性以及高导电性受到破坏。化学还原过程中移除了石墨烯片层上所带的含氧官能团，但同时也留下了缺陷，不可逆地破坏了还原氧化石墨烯的规则性和整体性。因此，研究具有完整结构的石墨烯基复合材料仍然是一个巨大的挑战。
基于此，中石化工程院研究团队，将石墨烯构建成三维网络结构，通过掺杂原子匹配性好的氮原子进一步提高石墨烯的电化学活性和稳定性。利用自组装的方法使得片层的石墨烯构建成具有理想的块状整体结构和良好性能的三维石墨烯气凝胶。经真空辅助浸渍的方法制备了石墨烯-吡咯气凝胶/环氧树脂复合材料，该复合材料质轻并且内部的多孔石墨烯-吡咯气凝胶具有较为均一的三维结构，在与环氧树脂复合之后，这种三维结构也能很好地保留（如图1）。石墨烯的三维网络为电子传导提供了快速通道，使材料的导电性能显著提高，仅有0.23%（质量分数）填料含量的石墨烯-吡咯气凝胶/环氧树脂复合材料（1G-1%P, 1300 ℃）的电导率可以达到67.1 S/m。石墨烯-吡咯气凝胶/环氧树脂复合材料（1G-1%P, 1300 ℃）的电磁屏蔽性能在8~12 GHz可以达到33 dB（如图2），更重要的是石墨烯-吡咯气凝胶骨架还起到了增强环氧树脂基体力学性能的作用，弯曲强度和弯曲模量与环氧树脂基体相比分别提高了60.93%和25.98%（10G-5%P，180 ℃），石墨烯-吡咯气凝胶的三维结构可以有效地改善材料整体的电磁屏蔽性能以及力学性能。
图1 不同温度热处理后的石墨烯-吡咯气凝胶的扫描电镜图
图2 石墨烯-吡咯气凝胶/环氧树脂复合材料的电磁屏蔽性能
相关工作以“三维石墨烯-吡咯气凝胶/环氧树脂复合材料的制备及其性能研究”为题，发表在《材料工程》2022年第1期。
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王牧, 曾夏茂, 苗霞, 魏浩光, 周仕明, 冯岸超
材料工程，2022,50（1）：117-124
DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2020.001180
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