CN103305184A - 还原氧化石墨烯/Cu2O/Cu量子点三元吸波材料的制备方法 - Google Patents

还原氧化石墨烯/Cu2O/Cu量子点三元吸波材料的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种还原氧化石墨烯/Cu2O/Cu量子点三元吸波材料的制备方法，为以硼氢化钠为还原剂，采用简单湿化学方法一步制得RGO/Cu2O/Cu三元复合吸波材料，Cu2O和Cu尺寸均小于5nm，直接负载在RGO纳米片上；制备方法简单、快速，复合过程耗时较短（仅需要4-6h），制备过程简单，制备条件容易实现，可实现规模化生产；可以实现规模生产，制得的复合材料吸波性能好，可以通过调节GO、Cu2+的加入比例以及复合材料的厚度实现不同波段的有效吸收。

Description

还原氧化石墨烯/Cu2O/Cu量子点三元吸波材料的制备方法
技术领域
本发明属于三元复合微波吸收材料的制备方法，具体涉及一种还原氧化石墨烯/Cu2O/Cu量子点三元吸波材料的制备方法。
背景技术
随着军事技术的不断发展,雷达、激光、红外等现代探测和制导技术大量应用于武器系统中,飞机、舰艇等武器系统的生存受到了极大的威胁，微波吸收材料可以提高武器系统生存、突防以及纵深打击能力。另外，随着电磁技术的广泛应用，电磁污染逐渐威胁到电子仪器的精度以及人类的健康。基于以上原因，微波吸收材料受到国内外研究者的广泛关注。
文献“《Materials Letters》91(2013)pp.209–212，”公开了一种采用高温还原制备RGO-Fe3O4复合吸波材料的方法。具体步骤是将Fe3+和还原氧化石墨烯(RGO)超声溶解于乙二醇中，加入两种表面活性剂十二烷基硫酸钠(SDS)和十二烷基苯磺酸纳(SDBS)，混合物在60℃下搅拌1h；向混合溶液中加入NaOH水溶液，继续搅拌2h；将得到的混合物用去离子水洗至pH为7，放入60℃干燥箱中干燥12h；获得的粉末放到管式炉中，在氩气保护下缓慢加热至450℃，保持2h后将温度降至350℃，通入氢气和氩气混合气，保持30min，得到的粉末即为RGO-Fe3O4复合材料。经过电磁性能测试，该复合材料厚度为2mm时，在14.3-18GHz反射损耗低于-10dB，在17.3GHz时达到最大吸收为-22.2dB。
文献所述复合材料的制备方法主要存在以下不足：需要加入表面活性剂SDS和SDBS，需要使用氮气进行保护，需要使用氢气和氩气混合气体进行还原，需要高温环境，制备时间长（仅复合过程就达到26h），制备过程复杂，难以实现规模生产，制备的复合材料吸波性能欠佳，吸波仅出现在高频，且对电磁波吸收较小，频带不宽。
发明内容
要解决的技术问题
为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种还原氧化石墨烯/Cu2O/Cu量子点三元吸波材料的制备方法，克服上述文献中制备复合吸波材料制备条件苛刻、过程复杂、时间较长、难以大规模生产、吸波性能欠佳的缺点。
技术方案
一种还原氧化石墨烯/Cu2O/Cu量子点三元吸波材料的制备方法，其特征在于步骤如下：
步骤1：配制浓度为0.2-2mg/ml的GO氧化石墨烯水溶液，按照质量比GO∶CuCl2·2H2O=1∶(0.8-8)，称取CuCl2·2H2O，加入到GO水溶液中，搅拌30min，超声30min，得到GO氧化石墨烯水溶液；
步骤2：按照质量比GO∶NaBH4=1∶(5-15)，称取NaBH4溶于50-200ml水中，滴入步骤1的GO氧化石墨烯水溶液中，在常温下反应3-4h形成黑色沉淀；
步骤3：将得到的黑色沉淀采用离心洗涤方式采用去离子水洗涤2-3遍，在40-80℃下真空干燥，得到的黑色粉末形状的还原氧化石墨烯/Cu2O/Cu量子点三元吸波材料。
有益效果
本发明提出的一种还原氧化石墨烯/Cu2O/Cu量子点三元吸波材料的制备方法，为以硼氢化钠为还原剂，采用简单湿化学方法一步制得RGO/Cu2O/Cu三元复合吸波材料，制备方法简单、快速，可以实现规模生产，制得的复合材料吸波性能好，可以通过调节GO、Cu2+的加入比例以及复合材料的厚度实现不同波段的有效吸收。
本发明具有如下的有益效果：
1、本发明通过简单的湿化学方法合成了RGO/Cu2O/Cu三元复合材料，Cu2O和Cu尺寸均小于5nm，直接负载在RGO纳米片上；
2、本发明无需高温加热即可进行，复合过程耗时较短（仅需要4-6h），制备过程简单，制备条件容易实现，可实现规模化生产；
3、本发明制备的RGO/Cu2O/Cu三元复合材料吸波效率高、吸波频带宽，最大吸波可达-52dB，有效吸收（小于-10dB）可达4.9GHz，并且可以通过调节GO、Cu2+的加入比例以及复合材料的厚度实现不同波段的有效吸收，是一种性能优异的吸波材料。
附图说明
图1是本发明实施例1-3中制备的三种产物的XRD谱图；
图2是实施例1中制备的产物RGO/Cu2O/Cu复合材料的XPS图；
图3是实施例1中制备的产物RGO/Cu2O/Cu复合材料的HRTEM图；
图4是实施例1中制备的产物RGO/Cu2O/Cu复合材料的吸波性能图。
具体实施方式
现结合实施例、附图对本发明作进一步描述：
实施例1
1、配制浓度为0.5mg/ml的GO水溶液，按照质量比GO∶CuCl2·2H2O=1∶0.66，称取66mg CuCl2·2H2O，加入到200ml GO水溶液中，搅拌30min，超声30min；
2、按照质量比GO∶NaBH4=1∶10，称取1g NaBH4溶于50ml水中，滴入混合液中，常温下反应3h；
3、将得到的黑色沉淀采用离心洗涤方式用去离子水洗涤2遍，采用60℃真空干燥，得到的黑色粉末即为RGO/Cu2O/Cu三元复合材料。
实施例1产物的XRD谱图见图1。将实施例1中的粉末产物与固体石蜡按照质量比为1:1均匀混合，在专用模具中压制成外径7.00mm、内径3.04mm、厚度约3mm的同轴试样，用型号为HP8720ES矢量网络分析仪测试其吸波性能，测试频率为2-18GHz。其吸波性能如图4所示，该样品的匹配厚度为1.3mm，在14.7GHz时达到最大吸收为-51.8dB，在12.1-16.2GHz和17.2-18GHz吸波达到-10dB以下，有效吸收宽度为4.9GHz。
实施例1产物的XPS图和HRTEM图如图2和图3所示。由图2可知产物中包含C、O、Cu等元素；由图3可知，Cu2O和Cu量子点均匀地负载在RGO的表面，粒径在4-5nm；由图3可清晰地看出的Cu2O量子点、Cu量子点负载在石墨烯纳米片上，说明了本发明得到了稳定的RGO/Cu2O/Cu三元复合材料。
实施例2
1、配制浓度为0.5mg/ml的GO水溶液，按照质量比GO∶CuCl2·2H2O=1∶1.33，称取133mg CuCl2·2H2O，加入到200ml GO水溶液中，搅拌30min，超声30min；
2、按照质量比GO∶NaBH4=1∶10，称取1g NaBH4溶于50ml水中，滴入混合液中，常温下反应3h；
3、将得到的黑色沉淀采用离心洗涤方式用去离子水洗涤2遍，采用60℃真空干燥，得到的黑色粉末即为RGO/Cu2O/Cu三元复合材料。
实施例2产物的XRD谱图见图1。将实施例1中的粉末产物与固体石蜡按照质量比为1:1均匀混合，在专用模具中压制成外径7.00mm、内径3.04mm、厚度约3mm的同轴试样，用型号为HP8720ES矢量网络分析仪测试其吸波性能，测试频率为2-18GHz。该样品的匹配厚度为1.3mm，在15.0GHz时达到最大吸收为-19.7dB，在12.5-15.4GHz吸波达到-10dB以下，有效吸收宽度为2.9GHz。
实施例3
1、配制浓度为0.5mg/ml的GO水溶液，按照质量比GO∶CuCl2·2H2O=1∶2.66，称取266mg CuCl2·2H2O，加入到200ml GO水溶液中，搅拌30min，超声30min；
2、按照质量比GO∶NaBH4=1∶10，称取1g NaBH4溶于50ml水中，滴入混合液中，常温下反应3h；
3、将得到的黑色沉淀采用离心洗涤方式用去离子水洗涤2遍，采用60℃真空干燥，得到的黑色粉末即为RGO/Cu2O/Cu三元复合材料。
实施例3产物的XRD谱图见图1。将实施例1中的粉末产物与固体石蜡按照质量比为1:1均匀混合，在专用模具中压制成外径7.00mm、内径3.04mm、厚度约3mm的同轴试样，用型号为HP8720ES矢量网络分析仪测试其吸波性能，测试频率为2-18GHz。该样品的匹配厚度为1.2mm，在15.0GHz时达到最大吸收为-15.9dB，在13.6-15.8GHz吸波达到-10dB以下，有效吸收宽度为2.2GHz。

Claims (1)

1.一种还原氧化石墨烯/Cu2O/Cu量子点三元吸波材料的制备方法，其特征在于步骤如下：
步骤1：配制浓度为0.2-2mg/ml的GO氧化石墨烯水溶液，按照质量比GO∶CuCl2·2H2O=1∶(0.8-8)，称取CuCl2·2H2O，加入到GO水溶液中，搅拌30min，超声30min，得到GO氧化石墨烯水溶液；
步骤2：按照质量比GO∶NaBH4=1∶(5-15)，称取NaBH4溶于50-200ml水中，滴入步骤1的GO氧化石墨烯水溶液中，在常温下反应3-4h形成黑色沉淀；
步骤3：将得到的黑色沉淀采用离心洗涤方式采用去离子水洗涤2-3遍，在40-80℃下真空干燥，得到的黑色粉末形状的还原氧化石墨烯/Cu2O/Cu量子点三元吸波材料。
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