CN104212131A - 一种石墨烯-聚噻吩三维自组装结构吸波材料及其制备方法 - Google Patents

一种石墨烯-聚噻吩三维自组装结构吸波材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种石墨烯-聚噻吩三维自组装结构吸波材料及其制备方法。所述吸波材料由石墨烯和聚噻吩组成，石墨烯呈海绵状，所述的聚噻吩生长在石墨烯孔隙内。本发明充分利用三维海绵状石墨烯的内部孔隙，将导电高分子生长在孔隙内，而非石墨烯骨架结构上；本发明的吸波材料疏水角达123°，具有良好的防水性能；与石蜡按照质量比1∶9混合均匀，当匹配厚度为3.0mm时，反射损失低于-10dB的吸收频带宽度可达5.5GHz。

Description

一种石墨烯-聚噻吩三维自组装结构吸波材料及其制备方法
技术领域
本发明属于电磁波吸收材料制备领域，特别涉及一种石墨烯-聚噻吩复合吸波材料及其制备方法。
背景技术
当前吸波材料逐渐向（层）薄、（质）轻、（频）宽、（吸波性能）强的方面发展，碳材料以及导电高分子材料逐渐替代传统的铁氧体材料运用在吸波材料中。石墨烯是一种二维结构的纳米材料，具有大比表面积、优异的导电与导热性能、高力学性能，在复合材料领域有着广泛的应用。
利用二维石墨烯片层一般通过在其表面负载金属氧化物或导电高分子后，具有一定的吸波性能，但是所得吸波材料只有在匹配厚度较大的情况下（3-5 mm）的情况下才具有较好的吸波性能，且添加量较大（质量比30-50%），从而会造成材料质量增加较大，且力学性能下降。
近年来，将二维石墨烯片层通过水热反应形成微观多孔结构的三维海绵状石墨烯是材料领域的研究热点，但是三维海绵结构石墨烯自身的吸波性能较差，无法获得吸收10 dB以上的频率范围，因此很多研究都集中在三维海绵结构石墨烯上负载铁氧体以提高吸波性能，但材料质量随之大幅提高。
发明内容
本发明的目的是提供了一种石墨烯-聚噻吩三维自组装结构吸波材料及其制备方法。
实现本发明目的的技术解决方案是：一种石墨烯-聚噻吩三维自组装结构吸波材料，所述吸波材料由石墨烯和聚噻吩组成，石墨烯呈海绵状，所述的聚噻吩生长在石墨烯孔隙内。
所述的石墨烯占吸波材料总质量的15%-25%
一种石墨烯-聚噻吩三维自组装结构吸波材料具体制备方法如下：
步骤1：将氧化石墨或者氧化石墨烯配置成分散液，将分散液加入到反应釜中，另向反应釜中加入浓氨水后加热反应；
步骤2：对步骤1获得的产物进行冷冻干燥，得到干燥的三维结构石墨烯；
步骤3：将2,5-二溴-3,4-乙烯二氧噻吩溶于三氯甲烷中，其浓度为0.05 ~ 0.3 g/ml，将步骤2中的三维结构石墨烯放入该溶液当中进行吸附，吸附时间为 30 ~ 60 min；
步骤4：将吸附后的三维结构石墨烯取出，置于不高于70 °C下烘干脱附直至三氯甲烷完全挥发，获得石墨烯-聚噻吩三维自组装结构吸波材料。
步骤（1）中所述的分散液浓度为1.0 ~ 2.0 mg/ml；所述的浓氨水体积为分散液体积的1/70?1/100；所述的反应温度为150 ~ 200 °C，反应时间为12 ~ 24小时。
步骤（4）中所述的脱附时间不少于1小时。
与现有技术相比，本发明的优点是：
（1）充分利用三维海绵状石墨烯的内部孔隙，将导电高分子生长在孔隙内，而非石墨烯骨架结构上；
（2）疏水角达123°，具有良好的防水性能；
（3）与石蜡按照质量比1:9混合均匀，当匹配厚度为3.0 mm时，反射损失低于?10 dB的吸收频带宽度可达5.5 GHz。
附图说明
图1为本发明(b)与已公开方法(a)在制备过程原理图。
图2为本发明(b)与已公开方法(a)的扫描电镜图。
图3为本发明(b)与已公开方法(a)的吸波机理。
图4为实施例1三维结构石墨烯（a）、石墨烯-聚噻吩三维自组装结构（b）的接触角图。
图5为吸附时间为30 min的石墨烯-聚噻吩三维自组装结构的吸波性能。
图6为吸附时间为60 min的石墨烯-聚噻吩三维自组装结构的吸波性能。
图7为：吸附时间为45 min的石墨烯-聚噻吩三维自组装结构的吸波性能。
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：取70 ml，1.5 mg/ml的氧化石墨，与700 μl的浓氨水（25-28wt%）混合后加入到100 ml容积的反应釜中，150 °C的反应12小时获得湿状类柱体，冷冻干燥24小时获得三维结构石墨烯，配置浓度为0.1 g/ml的2,5-二溴-3,4-乙烯二氧噻吩溶液，将三维结构石墨烯放入溶液中吸附30 min后取出，空气中70 °C加热2小时，获得石墨烯-聚噻吩三维自组装结构。
本发明与已公开方法的不同之处在于制备流程不同（附图1），从而使得与三位海绵状结构石墨烯复合的物质只生长于孔隙中，而非已公开方法中生长在石墨烯骨架结构表面（附图2），且具有良好的防水性能（附图4，三维结构石墨烯的接触角为113°，石墨烯-聚噻吩三维自组装结构的接触角为123°）。
将石墨烯-聚噻吩三维自组装结构与石蜡按照质量比1:9混合均匀，压入环形模具（高2.0 mm，外径7.0 mm，内径3.0 mm）中制成样品，其吸波性能如附图5所示。
本发明与已公开方法的材料吸波机理也具有差异，如附图3所示。
实施例2：取70 ml，1.8 mg/ml的氧化石墨，与850 μl的浓氨水混合后加入到100 ml容积的反应釜中，180 °C的反应24小时获得湿状类柱体，冷冻干燥24小时获得三维结构石墨烯，配置浓度为0.1 g/ml的2,5-二溴-3,4-乙烯二氧噻吩溶液，将三维结构石墨烯放入溶液中吸附60 min后取出，空气中70 °C加热2小时，获得石墨烯-聚噻吩三维自组装结构。
将石墨烯-聚噻吩三维自组装结构与石蜡按照质量比1:9混合均匀，压入环形模具（高2.0 mm，外径7.0 mm，内径3.0 mm）中制成样品，其吸波性能如附图6所示。
实施例3: 取70 ml，1.8 mg/ml的氧化石墨，与850 μl的浓氨水混合后加入到100 ml容积的反应釜中，180 °C的反应24小时获得湿状类柱体，冷冻干燥24小时获得三维结构石墨烯，配置浓度为0.1 g/ml的2,5-二溴-3,4-乙烯二氧噻吩溶液，将三维结构石墨烯放入溶液中吸附45 min后取出，空气中70 °C加热2小时，获得石墨烯-聚噻吩三维自组装结构。
将石墨烯-聚噻吩三维自组装结构与石蜡按照质量比1:9混合均匀，压入环形模具（高2.0 mm，外径7.0 mm，内径3.0 mm）中制成样品，其吸波性能如附图7所示。

Claims (5)

1.一种石墨烯-聚噻吩三维自组装结构吸波材料，其特征在于，所述吸波材料由石墨烯和聚噻吩组成，石墨烯呈海绵状，所述的聚噻吩生长在石墨烯孔隙内。
2.根据权利要求1所述的石墨烯-聚噻吩三维自组装结构吸波材料，其特征在于，石墨烯质量占吸波材料总质量的15%-25%。
3.一种石墨烯-聚噻吩三维自组装结构吸波材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1：将氧化石墨或者氧化石墨烯配置成分散液，将分散液加入到反应釜中，另向反应釜中加入浓氨水后加热反应；
步骤2：对步骤1获得的产物进行冷冻干燥，得到干燥的三维结构石墨烯；
步骤3：将2,5-二溴-3,4-乙烯二氧噻吩溶于三氯甲烷中，其浓度为0.05 ~ 0.3 g/ml，将步骤2中的三维结构石墨烯放入该溶液当中进行吸附，吸附时间为 30 ~ 60 min；
步骤4：将吸附后的三维结构石墨烯取出，置于不高于70 °C下烘干脱附直至三氯甲烷完全挥发，获得石墨烯-聚噻吩三维自组装结构吸波材料。
4.根据权利要求3所述的石墨烯-聚噻吩三维自组装结构吸波材料的制备方法，其特征在于，步骤（1）中所述的分散液浓度为1.0 ~ 2.0 mg/ml；所述的浓氨水体积为分散液体积的1/70?1/100；所述的反应温度为150 ~ 200 °C，反应时间为12 ~ 24小时。
5.根据权利要求3所述的石墨烯-聚噻吩三维自组装结构吸波材料的制备方法，其特征在于，步骤（4）中所述的脱附时间不少于1小时。
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