تأثير اصلاح سطحي گرافن بر ضريب پوشش‌دهي امواج الكترومغناطيس نانوچندسازه گرمانرم يورتان/نانوگرافن

Effect of covalent modification of graphene on electromagnetic interference shielding of thermoplastic urethane/graphene nanocomposites

بسپارهاي رساناي الكتريكي، با وجود داشتن رفتار الكتريكي، از ويژگي مكانيكي و فرايندپذيري بسيار خوبي نيز برخوردار هستند. يكي از كاربردهاي اين بسپارها، به‌كارگيري آن‌ها در پوشش‌هاي امواج الكترومغناطيس است كه با پيشرفت سريع تجهيزات، سامانه‌هاي الكترونيكي و منابع متفاوت توليد امواج الكترومغناطيس، اين كاربرد حياتي شده است. در پژوهش حاضر، نانوچندسازه رساناي الكتريكي براي تهيه لايه منعطف جاذب امواج الكترومغناطيس در گستره نوار ايكس بر پايه بسپار گرمانرم يورتان (TPU) و نانوگرافن به‌عنوان پركننده رساناي الكتريكي تهيه شد. بدين منظور، گرافن‌اكسيد با استفاده از روش هامر تهيه و سپس، تحت واكنش كاهش گرمايي گرافن‌اكسيد به صفحه‌هاي گرافني تبديل شد. سطح نانولايه‌هاي گرافن با 2-آمينواتيل‌متاكريلات تحت واكنش راديكالي اصلاح شد. نمونه‌هاي نانوچندسازه حاوي درصدهاي متفاوت گرافن اصلاح‌شده با فرايند اختلاط محلولي تهيه شدند. اصلاح سطحي گرافن منجر به بهبود سازگاري بين گروه‌هاي عاملي در ساختار TPU و گرافن اصلاح‌شده و همچنين، افزايش رسانايي الكتريكي شد. همچنين، افزايش برهم‌كنش بين TPU و گرافن اصلاح‌شده باعث افزايش حركات گرانروي و درنتيجه، اتلاف بيشتر انرژي و بهبود جذب امواج الكترومغناطيس شد. نتايج نشان داد كه نانوچندسازه بر پايه TPU حاوي تنها 5 % حجمي گرافن اصلاح‌شده، 68/99 % امواج الكترومغناطيس را پوشش مي‌دهد.

Abstract: Conducting polymers represent a class of materials that possess unique combination of electrical conductivity, processability, and mechanical properties. One of the most important applications of these materials is electromagnetic interference shielding which are receiving increasing attention by progress of technology and increment in the amount of electromagnetic waves sources. In the present study, attempts have been made to prepare improved electromagnetic interference shielding (EMI-SE) material of flexible composite films based on thermoplastic urethane )TPU( and graphene nanosheets. For this purpose, the prepared graphene oxide using Hummer’s method has been thermally reduced. Then the surface of the graphene was grafted with polar and long molecules of 2-aminoethyl methacrylate )AEMA( and denoted as functionalized graphene nanosheets )FGN(. Then the nanocomposites with various loadings of FGN were fabricated by solution mixing. The increased compatibility between TPU segments and FGN due to graphene modification leads to increase in electrical conductivity. Moreover, the intensified interactions and improved dispersion state of the FGN increase viscous motions and energy dissipation which leads to higher EMI SE. Results showed that the TPU based nanocomposite containing only 5 vol.% of FGN attenuate electromagnetic wave energy up to 99.8%.