氧化石墨烯/聚苯胺功能膜對(duì)棉織物電磁屏蔽性能的影響

鄒梨花， 徐珍珍， 孫妍妍， 王太冉， 邱夷平

(1. 安徽工程大學(xué) 安徽省紡織結(jié)構(gòu)復(fù)合材料國(guó)際科技合作研究中心， 安徽 蕪湖 241000； 2. 東華大學(xué) 紡織學(xué)院， 上海 201620)

為有效減少電磁輻射干擾，降低電磁輻射對(duì)人體的危害，研究人員利用金屬絲混紡或交織[1-2]、金屬?lài)婂僛3]、導(dǎo)電高聚物涂覆[4- 5]、碳納米材料[6- 7]及磁性納米材料涂層等方法制備了電磁屏蔽織物[8]。然而，金屬的高電導(dǎo)率使織物具有較高電磁屏蔽性能的同時(shí)，電磁波的反射嚴(yán)重易造成二次傷害；不僅如此，剛硬的金屬與柔軟的纖維紗線(xiàn)復(fù)合后降低了織物的柔韌性，因此，通過(guò)在纖維表面涂層導(dǎo)電高聚物、碳納米材料，將絕緣的纖維材料改性為導(dǎo)電材料，賦予其優(yōu)良的電磁屏蔽性能成為研究熱點(diǎn)。

石墨烯作為二維納米材料，具有優(yōu)異的物理、化學(xué)及電性能，吸引了材料界的廣泛關(guān)注，然而，巨大的比表面積導(dǎo)致石墨烯極易團(tuán)聚，影響其優(yōu)異性能的體現(xiàn)。氧化石墨烯的制備解決了石墨烯不易分散的難題，進(jìn)一步拓寬了石墨烯的應(yīng)用。前期課題組采用層層組裝方法制備了石墨烯基電磁屏蔽織物[9]，然而其電磁屏蔽效能不到4 dB，不能滿(mǎn)足商業(yè)化應(yīng)用要求。為制備具有較好屏蔽效果的織物，需要進(jìn)一步提高涂層織物的導(dǎo)電性能。聚苯胺作為導(dǎo)電高聚物的典型代表，其制備條件溫和，同時(shí)具有良好的導(dǎo)電性能和環(huán)境穩(wěn)定性，已在傳感器[10-11]、電池[12-13]、超級(jí)電容器[14]、電磁屏蔽材料[15-16]、防腐涂層[17]等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。Hoghoghifard等[18-19]分別在聚酯、聚酰胺織物上涂層聚苯胺，賦予絕緣織物導(dǎo)電性能從而制備電磁屏蔽織物，然而其電磁屏蔽效能不到7 dB。

為有效提升電磁屏蔽織物的屏蔽效能，研究者們引入其他導(dǎo)電或磁性材料[20]以增強(qiáng)織物的屏蔽性能。本文以常用的棉織物為基底，采用層層組裝方法組裝氧化石墨烯/聚苯胺(GO/PANI)電磁屏蔽功能膜。分析織物組裝GO/PANI前后的組分和形貌變化，研究苯胺單體濃度、氧化石墨烯質(zhì)量濃度、組裝層數(shù)對(duì)棉織物導(dǎo)電性能和電磁屏蔽性能的影響及電磁屏蔽的主要作用機(jī)制。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 材 料

平紋純棉織物，面密度為133 g/m2，經(jīng)、緯密分別為130、100根/(10 cm)，厚度為0.415 mm，山東魯泰紡織有限公司；苯胺單體，上海阿拉丁生化科技股份有限公司；氧化石墨烯，先鋒納米有限公司；(3-氯-2-羥丙基)三甲基氯化銨、氫氧化鈉、過(guò)二硫酸氨、鹽酸，國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司。

1.2 氧化石墨烯/聚苯胺涂層棉織物的制備

1.2.1 棉織物的前處理

剪取6 cm×6 cm的棉織物試樣若干，用丙酮和無(wú)水乙醇洗滌織物各3次，然后用去離子水多次沖洗，去除織物表面的油污及雜質(zhì)。為使氧化石墨烯能夠更好地吸附于織物表面，需要對(duì)其進(jìn)行陽(yáng)離子化整理。具體操作為：利用(3-氯-2-羥丙基)三甲基氯化銨(質(zhì)量濃度為50 g/L)溶液與氫氧化鈉(質(zhì)量濃度為18 g/L)溶液反應(yīng)制成陽(yáng)離子化試劑溶液；然后將洗凈的棉織物放入陽(yáng)離子化試劑中浸泡 15 min，取出并保持100%的軋余率放入自封袋中，室溫放置24 h后取出，用去離子水洗滌多次，除去表面物理吸附的陽(yáng)離子物質(zhì)，烘干，待用。

1.2.2 棉織物表面GO/PANI功能膜的涂層

配制氧化石墨溶液，放入超聲波清洗儀中振蕩1 h，然后離心(轉(zhuǎn)速為3 000 r/min)取上層清液，得到氧化石墨烯溶液，用于棉織物的整理。將陽(yáng)離子化處理的棉織物浸漬于氧化石墨烯溶液中，使氧化石墨烯吸附于棉織物表面5 min后取出，用去離子水洗滌3次，放入苯胺單體溶液中浸漬5 min，然后再將過(guò)硫酸銨溶液緩緩倒入該苯胺溶液中，邊倒邊用玻璃棒攪拌，使其充分接觸，反應(yīng)1 h后取出織物并用去離子水洗滌3次，即得到組裝1層GO/PANI的棉織物。

通過(guò)調(diào)節(jié)苯胺單體濃度、氧化石墨烯濃度及氧化石墨烯/聚苯胺的組裝層數(shù)，研究氧化石墨烯/聚苯胺構(gòu)筑織物電磁屏蔽性能。為便于比較，將苯胺(AN)單體濃度為0.3、0.5、0.7、0.9 mol/L處理的織物編號(hào)為AN-0.3、AN-0.5、AN-0.7、AN-0.9；氧化石墨烯質(zhì)量濃度為0.2、0.4、0.6、0.8 g/L處理的織物編號(hào)為GO-0.2、GO-0.4、GO-0.6、GO-0.8；通過(guò)增加GO/PANI組裝層數(shù)調(diào)節(jié)織物的電磁屏蔽性能，組裝層數(shù)為1～4。將制備的樣品放入恒溫干燥箱中烘干，得到氧化石墨烯/聚苯胺涂層棉織物。聚苯胺涂層棉織物的制備與石墨烯/聚苯胺涂層棉織制備步驟一致，其中石墨烯添加量為0。

1.3 測(cè)試與表征

1.3.1 化學(xué)結(jié)構(gòu)表征

GO/PANI涂層棉織物前后的組分由 NICOLET 5700型傅里葉變換紅外光譜儀(FT-IR)和衰減全反射附件進(jìn)行測(cè)試，直接利用織物試樣進(jìn)行測(cè)試，無(wú)需溴化鉀壓片。測(cè)試波數(shù)范圍為4 000～600 cm-1。

1.3.2 GO/PANI涂層織物的上載量測(cè)試

用電子天平(精確到0.000 1 g)稱(chēng)量織物組裝氧化石墨烯/聚苯胺前后的質(zhì)量，通過(guò)下式計(jì)算得到織物上載量：

W=(m1-m0)/A

式中：W為織物上載量，g/cm2；m0為棉織物初始質(zhì)量，g；m1為棉織物組裝氧化石墨烯/聚苯胺后的質(zhì)量，g；A為織物的面積，cm2。

1.3.3 GO/PANI涂層織物厚度的測(cè)定

根據(jù)ASTM D1777—1996《織物厚度測(cè)試》，利用Y141N型厚度儀測(cè)量棉織物涂層氧化石墨烯/聚苯胺前后的厚度。為減小毛羽對(duì)織物厚度的影響，測(cè)試時(shí)給織物施加100 cN的壓力。

1.3.4 微觀形貌觀察

利用HITACHI S4800型掃描電子顯微鏡觀察纖維的微觀形貌，觀察之前鍍金處理以增加其導(dǎo)電性，便于二次電子成像。

1.3.5 表面電阻測(cè)試

根據(jù)AATCC 76—2005《紡織品表面電阻試驗(yàn)方法》，采用Fluke15B型數(shù)字萬(wàn)用電表測(cè)試織物的表面電阻，將2個(gè)銅片放在正方形布樣兩端，萬(wàn)用表的2個(gè)探針?lè)謩e放在銅片上，讀取的電阻值即為織物的表面電阻[6]。測(cè)試時(shí)為保證結(jié)果不受探針與織物間接觸電阻的影響，在銅片上施加10 N的力。

1.3.6 電磁屏蔽性能測(cè)試

電磁屏蔽效能SSE是表征屏蔽體對(duì)電磁波衰減程度的指標(biāo)，其計(jì)算公式為

SSE=-10lgPt/Pi

式中：Pt、Pi分別為入射波的功率和經(jīng)過(guò)屏蔽體后的透射波功率，W。

利用ROHDE&SCHWARZ ZVL6型矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀，采用波導(dǎo)法測(cè)試織物的電磁屏蔽性能[14]，測(cè)試頻率范圍為3.9～6 GHz。根據(jù)矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀測(cè)得的透射波與反射波能量信息(即散射參數(shù))[21]，計(jì)算其吸收屏蔽效能(SEA)和反射屏蔽效能(SER)，以及透射率(T)、反射率(R)和吸收率(A)，研究其主要的吸波機(jī)制。其中：SE=SEA+SER，A+R+T=100%。

為保證測(cè)試的準(zhǔn)確性，樣品首先在恒溫恒濕實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行預(yù)調(diào)濕48 h，以減小環(huán)境溫度和濕度對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響。每個(gè)測(cè)試進(jìn)行5次，取其平均值。

2 結(jié)果與討論

2.1 涂層物質(zhì)結(jié)構(gòu)與成分分析

圖1 棉、PANI涂層棉及GO/PANI涂層棉織物的紅外光譜Fig.1 FT-IR spectra of cotton, PANI-cotton and GO/PANI-cotton fabrics

2.2 GO/PANI涂層棉纖維微觀形貌分析

圖2示出棉織物涂層GO/PANI前后的形貌變化?？梢钥闯?，原棉纖維表面較為光潔(見(jiàn)圖2(a))，含有微小的溝槽，這有利于GO/PANI在織物表面涂覆與錨合。固定GO的質(zhì)量濃度為 0.6 g/L，增加AN濃度時(shí)，纖維上沉積的PANI逐漸增多：當(dāng)AN濃度為0.5 mol/L時(shí)，GO片層較聚苯胺多(見(jiàn)圖2(b))；當(dāng)AN濃度為0.7 mol/L時(shí)，GO片層基本被PANI覆蓋(見(jiàn)圖2(c))；當(dāng)AN濃度為0.9 mol/L時(shí)，GO不僅被PANI完全覆蓋，還有富余的PANI沉積于纖維表面(見(jiàn)圖2(d))。固定AN濃度為0.7 mol/L，增加GO質(zhì)量濃度時(shí)，纖維表面沉積的GO片層逐漸增加：當(dāng)GO質(zhì)量濃度為 0.4 g/L 時(shí)，沉積于纖維表面的GO片層較少(見(jiàn)圖2(e))；當(dāng)GO質(zhì)量濃度為0.8 g/L時(shí)，有更多的GO沉積于纖維表面(見(jiàn)圖2(f)。固定GO質(zhì)量濃度為0.4 g/L、AN濃度為0.7 mol/L，增加GO/PANI組裝層數(shù)發(fā)現(xiàn)，有更多的GO/PANI沉積在纖維表面(見(jiàn)圖2(g)、(h))，說(shuō)明通過(guò)增加組裝層數(shù)可有效提高GO/PANI在纖維表面的上載量。

圖2 不同AN單體濃度、GO質(zhì)量濃度和組裝層數(shù)時(shí)GO/PANI涂層棉纖維前后的掃描電鏡照片(×5 000)Fig.2 SEM images of cotton fiber with and without GO/PANI under various AN concentration，GO concentration and BL(×5 000). (a) Raw cotton; (b) AN-0.5; (c) AN-0.7; (d) AN-0.9; (e) GO-0.4; (f) GO-0.8; (g) 2 layers; (h) 4 layers

2.3 織物的上載量和厚度影響因素分析

2.3.1 苯胺濃度的影響

控制氧化石墨烯質(zhì)量濃度為0.6 g/L，探究苯胺濃度對(duì)棉織物單位面積上載量和厚度的影響，結(jié)果如表1所示。實(shí)驗(yàn)中，過(guò)二硫酸氨和苯胺的量比為1∶1。從表1可以發(fā)現(xiàn)，隨著苯胺單體濃度的增加，GO/PANI涂層織物上載量增加，同時(shí)織物的厚度也增加。當(dāng)苯胺濃度分別為0.3、0.5、0.7和0.9 mol/L時(shí)，織物的上載率分別為12.6%、22.1%、28.6%和30.5%，厚度增加率分別為5.8%、10.1%、15.2%和23.6%。

表1 苯胺濃度對(duì)氧化石墨烯/聚苯胺組裝棉織物上載量、厚度及表面電阻的影響Tab.1 Effect of AN concentration on loading, thickness and surface resistance for cotton fabric with GO/PANI coating

綜上所述，當(dāng)苯胺濃度由0.7增加至0.9 mol/L時(shí)，織物的上載量增加并不明顯，因此，選擇苯胺濃度為0.7 mol/L，進(jìn)一步探究氧化石墨烯質(zhì)量濃度對(duì)棉織物單位面積質(zhì)量和厚度的影響。

2.3.2 GO質(zhì)量濃度的影響

表2示出GO質(zhì)量濃度對(duì)織物上載量和厚度的影響。可以看出，隨著GO質(zhì)量濃度的增加，織物的上載率和厚度均增加。當(dāng)氧化石墨烯的質(zhì)量濃度分別為0.2、0.4、0.6和0.8 g/L時(shí)，織物上載率分別為6.5%、25.5%、28.6%和32.8%，而厚度增加率分別為5.3%、11.1%、15.2%和19.5%。

2.3.3 組裝層數(shù)的影響

選取苯胺單體濃度為0.7 mol/L，氧化石墨烯質(zhì)量濃度為0.4 g/L，增加GO/PANI在織物上的沉積層數(shù)，研究其對(duì)織物上載量和厚度的影響，結(jié)果如表3所示?？梢钥闯?，隨著組裝層數(shù)的增加，織物的厚度和上載量增加。組裝1、2、3、4層后，織物的上載率分別為16.5%、33.4%、49.3%和65.9%，基本呈線(xiàn)性增長(zhǎng)，厚度的增加率分別為11.1%、21.9%、34.5%和46.3%。

表2 氧化石墨烯質(zhì)量濃度對(duì)涂層棉織物上載量、厚度及表面電阻的影響Tab.2 Effect of GO concentration on loading, thickness and surface resistance for cotton fabric with GO/PANI coating

表3 氧化石墨烯/聚苯胺組裝層數(shù)對(duì)棉織物上載量、厚度及表面電阻的影響Tab.3 Effect of bilayer number on loading, thickness and surface resistance for cotton fabric with GO/PANI film

根據(jù)上述討論可知，苯胺單體濃度、氧化石墨烯質(zhì)量濃度及組裝層數(shù)的增加均有利于增加織物的上載率和厚度。

2.4 織物的導(dǎo)電性能影響因素分析

織物的導(dǎo)電性能對(duì)其電磁屏蔽性能有重要的影響[21]，而導(dǎo)電性能主要來(lái)自于GO/PANI功能膜，因此，后文進(jìn)一步研究苯胺單體濃度、氧化石墨烯質(zhì)量濃度和組裝層數(shù)對(duì)織物導(dǎo)電性能的影響。

2.4.1 苯胺單體濃度

由表1可知，織物表面涂層氧化石墨烯/聚苯胺之后，其導(dǎo)電性能得到改善，且隨著苯胺單體濃度的增加，織物的表面電阻減小，說(shuō)明苯胺單體濃度的增加有利于提高織物的導(dǎo)電性能。分析其原因發(fā)現(xiàn)，苯胺濃度較低時(shí)，織物表面聚合的聚苯胺形成連續(xù)的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)較少，隨著苯胺濃度的增加，織物表面有充足的聚苯胺，GO/PANI上載量和厚度均有提升，有效提高了織物的導(dǎo)電性能。當(dāng)苯胺濃度達(dá)到0.9 mol/L時(shí)，合成的聚苯胺除了能覆蓋氧化石墨烯，還填充于纖維表面和纖維縫隙間(見(jiàn)圖2(d))，此時(shí)過(guò)量的聚苯胺確實(shí)有效降低了織物的表面電阻。然而，當(dāng)繼續(xù)增加苯胺濃度為1.5 mol/L時(shí)，織物的表面電阻僅從197.9 Ω/□下降至183.3 Ω/□，因此，在一定濃度范圍內(nèi)，苯胺單體濃度的增加可有效提高織物的導(dǎo)電性能。當(dāng)苯胺濃度達(dá)到一定值時(shí)，載流子數(shù)量和有效導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)達(dá)到飽和，繼續(xù)增大濃度，其導(dǎo)電性能變化很小。

2.4.2 GO質(zhì)量濃度

由表2可知：當(dāng)GO質(zhì)量濃度比較小(0.2 g/L)時(shí)，織物的表面電阻為356.8 Ω/□；當(dāng)增加GO質(zhì)量濃度(0.4 g/L)時(shí)，織物的表面電阻降為216.7 Ω/□，說(shuō)明此時(shí)隨著GO質(zhì)量濃度的增加，織物的導(dǎo)電性能變好；當(dāng)GO質(zhì)量濃度繼續(xù)增大至 0.6 g/L 時(shí)，織物的表面電阻并沒(méi)有繼續(xù)減小，反而呈現(xiàn)一定的增加；繼續(xù)增加GO質(zhì)量濃度至 0.8 g/L，表面電阻進(jìn)一步增加為874.5 Ω/□?？椢锉砻骐娮柘葴p小后增加的原因可能是：當(dāng)GO質(zhì)量濃度較小時(shí)，涂層于纖維表面的GO片層較少，此時(shí)聚苯胺不僅能夠沉積于GO片層，而且富余的聚苯胺沉積于纖維表面；當(dāng)GO質(zhì)量濃度增大時(shí)，GO片層能夠全面地沉積于纖維表面，當(dāng)苯胺濃度恰當(dāng)時(shí)聚苯胺基本能將氧化石墨烯覆蓋(見(jiàn)圖1(e))，此時(shí)織物的導(dǎo)電性好；當(dāng)繼續(xù)增加GO質(zhì)量濃度時(shí)，沉積于纖維表面的GO部分重疊，聚苯胺不能完全覆蓋 GO(見(jiàn)圖1(f))，GO本身導(dǎo)電性能較差，增加了GO/PANI間的接觸電阻，因而織物的導(dǎo)電性能反而變差，因此，當(dāng)纖維表面沉積的GO正好鋪展于纖維表面時(shí)，其上沉積適量的聚苯胺，GO片層為聚苯胺中電子的快速移動(dòng)提供二維平面，有利于提高織物的導(dǎo)電性。

2.4.3 組裝層數(shù)

由表3可以看出：隨著組裝層數(shù)的增加，織物的表面電阻下降，導(dǎo)電性能提高；當(dāng)組裝層數(shù)為4時(shí)，織物表面電阻為66.1 Ω/□，相比于組裝層數(shù)為1時(shí)，下降了69.5%。為明確組裝層數(shù)的增加是否可無(wú)限減小織物的表面電阻，在織物上進(jìn)一步組裝10層氧化石墨烯/聚苯胺功能膜發(fā)現(xiàn)，織物的表面電阻降低不明顯，為45.7 Ω/□。

2.5 織物的電磁屏蔽性能影響因素分析

2.5.1 苯胺單體濃度對(duì)電磁屏蔽性能影響

圖3示出苯胺濃度與GO/PANI涂層織物電磁屏蔽性能的關(guān)系?？梢园l(fā)現(xiàn)，普通棉織物是電磁波的透波材料。隨著苯胺單體濃度的增加，織物的屏蔽效能增加。組裝1層，當(dāng)苯胺單體濃度由0.3增加至0.5、0.7和0.9 mol/L時(shí)，其屏蔽效能由2.03 dB增加至3.38、5.08和7.06 dB。這主要是因?yàn)殡S著苯胺濃度的增加，沉積于織物的聚苯胺增多，導(dǎo)電性變好，有更多的載流子與電磁波相互作用提高屏蔽效能。

圖3 AN濃度與GO/PANI涂層棉織物電磁屏蔽性能的關(guān)系Fig.3 Relationship between AN concentration and SSE value of cotton fabric with GO/PANI coating

2.5.2 GO質(zhì)量濃度對(duì)電磁屏蔽性能影響

圖4示出氧化石墨烯質(zhì)量濃度與GO/PANI涂層織物電磁屏蔽性能的關(guān)系?？梢钥闯觯S著氧化石墨烯質(zhì)量濃度的增加，織物的屏蔽效能先增大后減小。氧化石墨烯質(zhì)量濃度由0.2增加至0.4、0.6和0.8 g/L時(shí)，在頻率為4 GHz處其屏蔽效能由6.75 dB先增加至8.32 dB，然后減少為7.58和4.56 dB。根據(jù)電磁屏蔽理論，材料的電導(dǎo)率和厚度均與屏蔽效能成正比，電導(dǎo)率為表面電阻與厚度的乘積，因此，材料的表面電阻與電磁屏蔽效能成反比關(guān)系。根據(jù)上述討論，當(dāng)GO質(zhì)量濃度增加時(shí)，織物的表面電阻先減小后增加，所以其屏蔽效能先增加后減小。

圖4 GO質(zhì)量濃度與GO/PANI涂層棉織物電磁屏蔽性能的關(guān)系Fig.4 Relationship between GO concentration and SSE value of cotton fabric with GO/PANI coating

2.5.3 組裝層數(shù)對(duì)電磁屏蔽性能影響

由以上分析可知，氧化石墨烯濃度過(guò)高不利于進(jìn)一步提高織物的電磁屏蔽性能，而苯胺單體濃度的提升有利于增加織物的電磁屏蔽效能，因此，選擇氧化石墨烯質(zhì)量濃度為0.4 g/L、苯胺單體濃度為0.7 mol/L，進(jìn)一步探討沉積層數(shù)對(duì)織物屏蔽性能的影響，結(jié)果如圖5所示?？梢钥闯觯S著組裝層數(shù)的增加，織物的屏蔽效能增加。在頻率為4 GHz處，組裝1～4層后織物的電磁屏蔽效能分別為8.32、11.05、18.31和19.91 dB。

圖5 組裝層數(shù)與GO/PANI涂層棉織物電磁屏蔽性能關(guān)系Fig.5 Relationship between number of assembling and index of electromagnetic shielding of cotton fabric with GO/PANI coating

2.6 電磁屏蔽機(jī)制分析

由圖5可知，組裝1～4層后織物的SER分別為1.35、1.78、2.13和2.32 dB，而SEA分別為6.97、9.27、16.18和17.59 dB。組裝層數(shù)由1增加到4時(shí)，SSE增加了11.59 dB，其中SEA由6.97增加到17.59 dB，增加了10.62 dB，SSE占總增加量的91.6%；而SER由1.35增加至2.32 dB，增加了 0.97 dB，僅占SSE總增加量的8.4%。由此可知，SEA的增加對(duì)總SSE的增加貢獻(xiàn)多，而SER貢獻(xiàn)少，說(shuō)明其主要的屏蔽機(jī)制為吸收而非反射。為達(dá)到更嚴(yán)格的商用要求，可以通過(guò)增加屏蔽織物的層數(shù)來(lái)進(jìn)一步提高其電磁屏蔽性能[26]。

圖6示出組裝不同層數(shù)GO/PANI時(shí)，織物吸收率、反射率和透射率的變化關(guān)系?？梢钥闯?，隨著組裝層數(shù)的增加，織物透射率逐漸減少，分別為14.72%、7.84%、1.48%和1.02%。這充分說(shuō)明隨著組裝層數(shù)的增加，織物的電磁屏蔽效率提高，而且吸收率始終大于50%，反射率由26.72%增加至33.64%、38.81%、41.35%，組裝層數(shù)為4時(shí)，織物可屏蔽98.98%的電磁能，因此，通過(guò)在棉織物表面涂層氧化石墨烯/聚苯胺功能膜可有效屏蔽電磁輻射。其的屏蔽機(jī)制為電磁波的吸收，其次是反射。

圖6 棉織物組裝不同層數(shù)GO/PANI時(shí)其吸收率、反射率和透射率關(guān)系變化Fig.6 Relationship between absorptivity, reflectivity and transmissivity of cotton fabric with different number of bilayer GO/PANI

2.7 電磁屏蔽效能耐久性分析

為探究GO/PANI涂層棉織物電磁屏蔽性能的耐久性，進(jìn)一步測(cè)試經(jīng)GO/PANI涂層4層織物在不同環(huán)境下的電磁屏蔽效能，結(jié)果如表4所示。在 4 GHz 頻率下，以GO/PANI涂層4層織物為參照樣，其初始電磁屏蔽效能為19.91 dB；在去離子水中浸泡24 h后，該織物的電磁屏蔽效能為19.35 dB；在去離子水環(huán)境中超聲波振蕩30 min后，織物電磁屏蔽效能為19.05 dB；在質(zhì)量濃度為1.5 g/L的洗衣液溶液中超聲波振蕩30 min后，其電磁屏蔽效能為18.19 dB。由此說(shuō)明，在以上3種環(huán)境中，GO/PANI涂層棉織物保持了較高的電磁屏蔽效能，且電磁屏蔽性能保持率都大于90%。這是因?yàn)椋?)GO和PANI之間有靜電吸引力、氫鍵作用力和π-π鍵作用力[27]，所以GO與PANI能夠形成穩(wěn)定的功能膜；2)GO/PANI功能膜中PANI中的—NH、GO中—OH和—C—O與棉纖維上的—OH之間存在較多氫鍵作用力；3)棉織物中纖維本身存在溝槽，有利于GO/PANI與纖維產(chǎn)生錨合作用，而且纖維與纖維之間存在空隙，為GO/PANI在纖維表面的均勻吸附提供了空間，所以織物屏蔽性能較穩(wěn)定。實(shí)際應(yīng)用時(shí)可利用超疏水整理進(jìn)一步提高其屏蔽性能的耐久性[6]。

表4 不同條件下GO/PANI涂層棉織物電磁屏蔽效能的耐久性Tab.4 Durability of electromagnetic shielding for cotton fabric with GO/PANI functional film under different conditions

3 結(jié) 論

本文采用層層組裝的方法在織物表面成功涂層氧化石墨烯/聚苯胺電磁波吸收功能膜，并研究了苯胺濃度、氧化石墨烯質(zhì)量濃度及組裝層數(shù)對(duì)織物電磁屏蔽性能的影響，得到如下結(jié)論。

1)隨著苯胺質(zhì)量濃度的增加，織物的電磁屏蔽效能增加。隨著氧化石墨烯濃度的增加，織物的電磁屏蔽效能先增加后減小。隨著組裝層數(shù)的增加，織物的電磁屏蔽效能增加。組裝4 層GO/PANI功能膜后，棉織物電磁屏蔽效能達(dá)到19.91 dB，可屏蔽98.98%的電磁能。

2)GO/PANI涂層織物的電磁屏蔽機(jī)制主要為吸收，其次為反射。在不同環(huán)境中洗滌，該功能膜涂層棉織物的電磁屏蔽效能能夠保持率在90%以上，因此，GO/PANI功能膜涂層織物在高效吸波型電磁屏蔽織物領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。

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