CN103467079B - 一种石墨烯/Ni0.8Zn0.2Ce0.06Fe1.94O4纳米吸波材料的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种石墨烯/Ni_0.8Zn_0.2Ce_0.06Fe_1.94O₄纳米吸波材料的制备方法，首先采用溶胶-凝胶法制备出Ni_0.8Zn_0.2Ce_0.06Fe_1.94O₄材料，继而采用机械还原法制备出石墨烯/Ni_0.8Zn_0.2Ce_0.06Fe_1.94O₄复合材料。本发明方法制备石墨烯/Ni_0.8Zn_0.2Ce_0.06Fe_1.94O₄纳米材料并将其应用于吸波应用方面。其吸波损失在12.2GHz可达到-38dB，较好的改进了其吸波性能，我们制备的纳米复合材料有望在超级电容器材料、电极材料和吸波材料等领有广泛的应用前景。实验检测表明制备的石墨烯/Ni_0.8Zn_0.2Ce_0.06Fe_1.94O₄复合吸波材料有良好的吸波性能。

Description

一种石墨烯/Ni0.8Zn0.2Ce0.06Fe1.94O4纳米吸波材料的制备方法

技术领域

本发明属于纳米吸波材料的制备方法，具体涉及一种石墨烯/Ni_0.8Zn_0.2Ce_0.06Fe_1.94O₄纳米吸波材料的制备方法。 

背景技术

微波吸收材料在商业和军事方面都有广阔的应用前景，发展结构稳定、频带宽、吸收率高、密度低的新型吸波材料是现如今吸波领域的关键所在。通常使用的微波吸收材料有铁氧体、碳材料等，铁氧体如四氧化三铁，钡铁氧体，镍锌铁氧体等虽然有较高的饱和磁化强度及磁损耗，但其密度大、介电损耗低，极大的限制其广泛应用。碳材料中如石墨烯与碳纳米管，有着极高的比表面积，特异的电子传导方式和良好的稳定性是载体材料的理想选择。 

石墨烯是一种具有二维蜂窝纳米结构、由单一碳原子紧密排列组成的的新型碳材料，它具有较大的比表面积、良好的电导率、机械稳定性和热稳定性，因此在电子设备、电容器、复合物增强等方面都有广泛的应用。 

文献“《Applied surface science》，259(2012)pp.486-493”公开采用了原位聚合法合成PPy-BaFe₁₂O₁₉/Ni_0.8Zn_0.2Fe₂O₄纳米复合材料。通过矢量网络仪的分析，其吸波损失在10.7GHz最小可达到-21.5dB。但是，文献中制备的纳米吸波材料具有如下不足：在8.2-12.4GHz吸波损耗较小(即吸波性能欠佳)，这是由于复合材料的电损耗与磁损耗匹配性能不佳的原因。 

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，本发明提出一种石墨烯/Ni_0.8Zn_0.2Ce_0.06Fe_1.94O₄纳米吸波材料的制备方法， 

技术方案 

一种石墨烯/Ni_0.8Zn_0.2Ce_0.06Fe_1.94O₄纳米吸波材料的制备方法，其特征在于步骤如下： 

步骤1、采用溶胶-凝胶法制备Ni_0.8Zn_0.2Ce_0.06Fe_1.94O₄铁氧体： 

将分析纯的Ni(NO₃)₂·6H₂O，Zn(NO₃)₂·6H₂O，Ce(NO₃)₃·6H₂O和Fe(NO₃)₃·9H₂O，放入柠檬酸的水溶液中，在75℃下搅拌为透明溶液，使其转化为金属离子柠檬酸络合物溶液，然后加入7.025mL乙二醇使溶液更好的分散；搅拌片刻再加入乙二胺，调节pH值至中性，恒温蒸发得到凝胶并干燥成干凝胶，然后将干凝胶在400℃下预烧结3小时，最后在800℃下烧结2h得到Ni_0.8Zn_0.2Ce_0.06Fe_1.94O₄粉末； 

步骤2、机械还原法制备出石墨烯/Ni_0.8Zn_0.2Ce_0.06Fe_1.94O₄复合材料： 

分别将氧化石墨和Ni_0.8Zn_0.2Ce_0.06Fe_1.94O₄溶于N，N-二甲基甲酰胺(DMF)中，超声使其完全溶解，然后将含有氧化石墨的N，N-二甲基甲酰胺缓慢加入到含Ni_0.8Zn_0.2Ce_0.06Fe_1.94O₄的N，N-二甲基甲酰胺溶液中，搅拌使其混合均匀；加入30%的水合肼(N₂H₄·H₂O)，水合肼与氧化石墨的质量比为10:1，于95℃油浴中搅拌反应12h，待溶液冷却至室温时，将样品过滤，用乙醇和蒸馏水洗涤至滤液为无色，60℃真空干燥后即得石墨烯/Ni_0.8Zn_0.2Ce_0.06Fe_1.94O₄纳米复合物。 

有益效果 

本发明提出的一种石墨烯/Ni_0.8Zn_0.2Ce_0.06Fe_1.94O₄纳米吸波材料的制备方法，首先采用溶胶-凝胶法制备出Ni_0.8Zn_0.2Ce_0.06Fe_1.94O₄材料，继而采用机械还原法制备出石墨烯/Ni_0.8Zn_0.2Ce_0.06Fe_1.94O₄复合材料。 

本发明方法制备石墨烯/Ni_0.8Zn_0.2Ce_0.06Fe_1.94O₄纳米材料并将其应用于吸波应用方面。其吸波损失在12.2GHz可达到-38dB，较好的改进了其吸波性能，我们制备的纳米复合材料有望在超级电容器材料、电极材料和吸波材料等领有广泛的应用前景。实 验检测表明制备的石墨烯/Ni_0.8Zn_0.2Ce_0.06Fe_1.94O₄复合吸波材料有良好的吸波性能。 

附图说明

图1是本发明制备石墨烯/Ni_0.8Zn_0.2Ce_0.06Fe_1.94O₄的XRD图。 

图2是本发明制备石墨烯/Ni_0.8Zn_0.2Ce_0.06Fe_1.94O₄的TEM图。 

图3是本发明制备石墨烯/Ni_0.8Zn_0.2Ce_0.06Fe_1.94O₄的吸波性能。 

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： 

（a）采用溶胶-凝胶法制备Ni_0.8Zn_0.2Ce_0.06Fe_1.94O₄铁氧体。 

将分析纯的1.95g Ni(NO₃)₂·6H₂O，0.5g Zn(NO₃)₂·6H₂O，0.22g Ce(NO₃)₃·6H₂O和6.58g Fe(NO₃)₃·9H₂O，放入柠檬酸的水溶液中，在75℃下搅拌为透明溶液，使其转化为金属离子柠檬酸络合物溶液，然后加入7.025mL乙二醇使溶液更好的分散；搅拌片刻再加入乙二胺，调节pH值至中性，恒温蒸发到一定浓度的凝胶。将此凝胶在130℃下干燥成干凝胶，然后将干凝胶在400℃下预烧结3小时，最后在800℃下烧结2h得到Ni_0.8Zn_0.2Ce_0.06Fe_1.94O₄粉末。 

（b）机械还原法制备出石墨烯/Ni_0.8Zn_0.2Ce_0.06Fe_1.94O₄复合材料。 

分别将0.11g氧化石墨和1g Ni_0.8Zn_0.2Ce_0.06Fe_1.94O₄溶于N，N-二甲基甲酰胺(DMF)中，超声使其完全溶解，然后将含有氧化石墨的N，N-二甲基甲酰胺缓慢加入到含Ni_0.8Zn_0.2Ce_0.06Fe_1.94O₄的N，N-二甲基甲酰胺溶液中，搅拌1小时使其混合均匀。加入30%的水合肼(N₂H₄·H₂O)，水合肼与氧化石墨的质量比为(10:1)，于95℃油浴中搅拌反应12h，待溶液冷却至室温时，将样品过滤，用乙醇和蒸馏水洗涤至滤液为无色，60℃真空干燥后即得石墨烯含量为10%的RGO/Ni_0.8Zn_0.2Ce_0.06Fe_1.94O₄纳米复合物。 

将实施例1中的产物与石蜡以质量比为1:1混合，用模具压制成外径为7mm、内径为3mm、厚度约为3mm的圆环，采用矢量网络分析仪在2GHz-18GHz范围内测试其电磁参数:磁导率实部（μ’）、磁导率虚部（μ’’）、介电常数实部（ε’）、介电常数虚部（ε’’）。由复磁导率μ_r=μ’-jμ’’,复介电常数ε_r=ε’-jε’’，及公式  $Z_{\mathrm{in}}=\sqrt{\frac{{\mathrm{\μ}}_r}{{\mathrm{\ϵ}}_r}}\tanh \left(j\frac{2\mathrm{\πfd}}{c}\sqrt{{\mathrm{\μ}}_r{\mathrm{\ϵ}}_r}\right),$ $R\left(\mathrm{dB}\right)=20\lg \left|\frac{Z_{\mathrm{in}}-1}{Z_{\mathrm{in}}+1}\right|,$ 最终模拟出样品的反射率R(dB)。测得产物在12-12.5GHz的反射损耗达-38dB。 

实施例2： 

（a）采用溶胶-凝胶法制备Ni_0.8Zn_0.2Ce_0.06Fe_1.94O₄铁氧体。 

将分析纯的1.95g Ni(NO₃)₂·6H₂O，0.5g Zn(NO₃)₂·6H₂O，0.22g Ce(NO₃)₃·6H₂O和6.58g Fe(NO₃)₃·9H₂O，放入柠檬酸的水溶液中，在75℃下搅拌为透明溶液，使其转化为金属离子柠檬酸络合物溶液，然后加入7.025mL乙二醇使溶液更好的分散；搅拌片刻再加入乙二胺，调节pH值至中性，恒温蒸发到一定浓度的凝胶。将此凝胶在130℃下干燥成干凝胶，然后将干凝胶在400℃下预烧结3小时，最后在800℃下烧结2h得到Ni_0.8Zn_0.2Ce_0.06Fe_1.94O₄粉末。 

（b）机械还原法制备出石墨烯/Ni_0.8Zn_0.2Ce_0.06Fe_1.94O₄复合材料。 

分别将0.22g氧化石墨和1g Ni_0.8Zn_0.2Ce_0.06Fe_1.94O₄溶于N，N-二甲基甲酰胺(DMF)中，超声使其完全溶解，然后将含有氧化石墨的N，N-二甲基甲酰胺缓慢加入到含Ni_0.8Zn_0.2Ce_0.06Fe_1.94O₄的N，N-二甲基甲酰胺溶液中，搅拌1小时使其混合均匀。加入30%的水合肼(N₂H₄·H₂O)，水合肼与氧化石墨的质量比为(10:1)，于95℃油浴中搅拌反应12h，待溶液冷却至室温时，将样品过滤，用乙醇和蒸馏水洗涤至滤液为无色，60℃真空干燥后即得石墨烯含量为20%的RGO/Ni_0.8Zn_0.2Ce_0.06Fe_1.94O₄纳米复合物。 

将实施例2中的产物与石蜡以质量比为1:1混合，用模具压制成外径为7mm、内径为3mm、厚度约为3mm的圆环，采用矢量网络分析仪在2GHz-18GHz范围内测试其电磁参数:磁导率实部（μ’）、磁导率虚部（μ’’）、介电常数实部（ε’）、介电常数虚部（ε’’）。由复磁导率μ_r=μ’-jμ’’,复介电常数ε_r=ε’-jε’’，及公式  $Z_{\mathrm{in}}=\sqrt{\frac{{\mathrm{\μ}}_r}{{\mathrm{\ϵ}}_r}}\tanh \left(j\frac{2\mathrm{\πfd}}{c}\sqrt{{\mathrm{\μ}}_r{\mathrm{\ϵ}}_r}\right),$ $R\left(\mathrm{dB}\right)=20\lg \left|\frac{Z_{\mathrm{in}}-1}{Z_{\mathrm{in}}+1}\right|,$ 最终模拟出样品的反射率R(dB)。 

Claims (1)

1.一种石墨烯/Ni_0.8Zn_0.2Ce_0.06Fe_1.94O₄纳米吸波材料的制备方法，其特征在于步骤如

下：

步骤1、采用溶胶-凝胶法制备Ni_0.8Zn_0.2Ce_0.06Fe_1.94O₄铁氧体：

将分析纯的Ni(NO₃)₂·6H₂O，Zn(NO₃)₂·6H₂O，Ce(NO₃)₃·6H₂O和Fe(NO₃)₃·9H₂O，放入柠檬酸的水溶液中，在75℃下搅拌为透明溶液，使其转化为金属离子柠檬酸络合物溶液，然后加入7.025mL乙二醇使溶液更好的分散；搅拌片刻再加入乙二胺，调节pH值至中性，恒温蒸发得到凝胶并干燥成干凝胶，然后将干凝胶在400℃下预烧结3小时，最后在800℃下烧结2h得到Ni_0.8Zn_0.2Ce_0.06Fe_1.94O₄粉末；

步骤2、机械还原法制备出石墨烯/Ni_0.8Zn_0.2Ce_0.06Fe_1.94O₄复合材料：

分别将氧化石墨和Ni_0.8Zn_0.2Ce_0.06Fe_1.94O₄溶于N，N-二甲基甲酰胺中，超声使其完全溶解，然后将含有氧化石墨的N，N-二甲基甲酰胺缓慢加入到含Ni_0.8Zn_0.2Ce_0.06Fe_1.94O₄的N，N-二甲基甲酰胺溶液中，搅拌使其混合均匀；加入30％的水合肼，水合肼与氧化石墨的质量比为10:1，于95℃油浴中搅拌反应12h，待溶液冷却至室温时，将样品过滤，用乙醇和蒸馏水洗涤至滤液为无色，60℃真空干燥后即得石墨烯/Ni_0.8Zn_0.2Ce_0.06Fe_1.94O₄纳米复合物。