CN104449561A - 一种氧化石墨烯/铁酸钡吸波材料的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于吸收电磁波的新材料，特别是一种氧化石墨烯/铁酸钡吸波材料的制备方法。以分析纯硝酸钡Ba（NO3）2和硝酸铁Fe（NO3）3为原料，柠檬酸和乙二醇为复合络合剂，与氧化石墨烯水溶液形成溶胶，溶胶不断加热搅拌形成凝胶，此凝胶通过微波辅助自燃烧引燃，进而一步得到氧化石墨烯/铁酸钡吸波材料。该过程简单可控，利用微波场加热使整个体系温度分布均匀，同时大大缩短反应时间，氧化石墨烯的掺杂也大大提高了铁酸钡铁氧体材料的吸波性能。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于吸收电磁波的新材料，特别是一种氧化石墨烯/铁酸钡吸波材料的制备方法。
背景技术
电磁波吸收材料在微波暗室、微波干扰保护和隐身材料等民用和国防领域应用广泛。发展结构稳定性好、吸收率高、吸收频带宽、质量轻、物理机械性能好的新型吸波材料是实现隐身技术的重要途径之一。因此，开展吸波材料的研究在军事和民用方面都有着深远的现实意义。
具有磁铅石结构的铁酸钡铁氧体材料具有较高的磁性各项异性等效场，具有较高的自然共振频率，是最有发展前景的吸波材料之一。但是仍然存在吸收频段窄，吸波效率低等缺点，因此对含有钡铁氧体的复合吸波材料的研究有着积极的意义。铁氧体吸波材料在高频段由于磁化率的减少，吸波性能降低，吸波频段变窄，一般采用复合材料和热处理工艺来弥补其不足。
氧化石墨烯是一种富氧的碳基材料，在一定条件下氧化鳞片石墨得到氧化石墨烯，是继金刚石和碳纳米管材料之后，在碳材料领域的又一个新发现。氧化石墨烯具有良好的复合能力，这是由于其含有大量的极性官能团，具有比表面积大、离子交换能力强等特点，因此引起了国内外学者广泛的兴趣。氧化石墨烯具有以下吸波优点：（1）氧化石墨烯具有特殊的二维片状结构，具有高的电导率和热导率，比表面积较大，质量轻，这些性能有利于电磁波的吸收和衰减；（2）氧化石墨烯是依据电损耗吸收电磁波；（3）氧化石墨烯材料的反射损耗通常位于高频区（＞10 GHz）。因此可以看出，铁酸钡铁氧体和氧化石墨烯的复合能有效的提高复合材料的吸波性能。
溶胶-凝胶法是近些年来发展起来的用于制备纳米材料的一种新的湿化学反应方法。具有反应温度低、产物粒径小、反应均匀等特点。将微波场引入至反应体系中，在微波加热这种体加热过程中，电磁能以波的形式渗透到介质内部引起介质损耗而发热，能更好更均匀的控制反应过程，缩短反应时间，避免高温煅烧过程所造成的产物团聚情况。
发明内容
本发明所要解决的技术难题是，克服现有技术的不足，提供一种氧化石墨烯/铁酸钡吸波材料的制备方法，进一步提高单一铁氧体的吸波性能。
本发明的技术解决方案是，以分析纯硝酸钡Ba（NO3）2和硝酸铁Fe（NO3）3为原料，柠檬酸和乙二醇为复合络合剂，与氧化石墨烯水溶液形成溶胶，溶胶不断加热搅拌形成凝胶，此凝胶通过微波辅助自燃烧引燃，进而得到氧化石墨烯/铁酸钡吸波材料。
其具体工艺步骤如下：
（1）按照原子比为Fe3+：Ba2+=12:1的比例，称取一定量的硝酸铁和硝酸钡分别溶于去离子水中配制成金属离子浓度为 0.1~0.6 mol/L 的溶液，静置，然后将两种溶液混合，制得硝酸盐混合溶液；
（2）在磁力搅拌作用下，向硝酸盐混合溶液中滴加柠檬酸-乙二醇复合络合剂，使其混合均匀，得到硝酸盐-络合剂混合溶液；
（3）将氧化石墨烯超声分散于去离子水中，得到分散均匀的氧化石墨烯水溶液；
（4）将氧化石墨烯水溶液滴加至硝酸盐-络合剂混合溶液中，边滴加边搅拌，使其混合均匀；后滴加一定量的浓氨水（26%）调节pH值在6.0~7.0，并持续搅拌形成溶胶；
（5）将步骤（4）中溶胶置于水浴中加热2~5h后放置于100~120oC鼓风干燥箱中保温12~24h，形成凝胶；将此凝胶置于微波炉中发生自燃烧反应得到氧化石墨烯/铁酸钡吸波材料。
上述步骤（2）中柠檬酸与乙二醇的质量比为1：1~1:4，柠檬酸-乙二醇复合络合剂的加入量为10~30g/L硝酸盐溶液。
上述步骤（3）中氧化石墨烯水溶液的质量浓度为5~20%；超声分散功率：100W~250W，超声时间：10~20min；氧化石墨烯加入量为硝酸盐质量的5~20%。
上述步骤（5）中水浴温度为60~90oC，微波加热功率为300~800W。
本发明与现有技术相比，所具备的优点是：
1）利用微波场加热，避免了高温煅烧过程，材料就被整体同时均匀加热，而且反应时间也大大缩短；
2）氧化石墨烯的加入使铁酸钡铁氧体材料的吸波性能大大提供；
3）反应过程简单可控，同样适用于其他复合吸波材料的制备。
具体实施方式
实施例1
（1）分别称取2.61g硝酸钡和29.02g硝酸铁溶于500ml和800ml去离子水中，后将两种溶液混合得到硝酸盐混合溶液；
（2）在磁力搅拌作用下，向硝酸盐混合溶液中加入柠檬酸9.81g、乙二醇3.17g，得到硝酸盐-络合剂混合溶液；
（3）称取3.16g氧化石墨烯超声分散于32ml去离子水中，超声功率150W，超声时间15min得到氧化石墨烯水溶液；
（4）在磁力搅拌作用下，将上述氧化石墨烯水溶液滴加至步骤（2）中的硝酸盐-络合剂混合溶液中，混合均匀后加入氨水调节pH值到6.8，继续搅拌2h形成溶胶；
（5）将上述溶胶置于80oC水浴中加热2h，后放置于120oC鼓风干燥箱中保温18h形成凝胶；将此凝胶转移至微波炉中引发自燃烧得到氧化石墨烯/铁酸钡吸波材料，其中微波加热功率为450W。
实施例2
（1）分别称取3.92g硝酸钡和43.53g硝酸铁溶于450ml和525ml去离子水中，后将两种溶液混合得到硝酸盐混合溶液；
（2）在磁力搅拌作用下，向硝酸盐混合溶液中加入柠檬酸11.85g、乙二醇7.65g，得到硝酸盐-络合剂混合溶液；
（3）称取9.50g氧化石墨烯超声分散于180ml去离子水中，超声功率200W，超声时间10min得到氧化石墨烯水溶液；
（4）在磁力搅拌作用下，将上述氧化石墨烯水溶液滴加至步骤（2）中的硝酸盐-络合剂混合溶液中，混合均匀后加入氨水调节pH值到7.0，继续搅拌3h形成溶胶；
（5）将上述溶胶置于80oC水浴中加热2h，后放置于100oC鼓风干燥箱中保温24h形成凝胶；将此凝胶转移至微波炉中引发自燃烧得到氧化石墨烯/铁酸钡吸波材料，其中微波加热功率为600W。
Claims (5)
1.一种氧化石墨烯/铁酸钡吸波材料的制备方法，其特征在于：以分析纯硝酸钡Ba（NO3）2和硝酸铁Fe（NO3）3为原料，柠檬酸和乙二醇为复合络合剂，与氧化石墨烯水溶液形成溶胶，溶胶不断加热搅拌形成凝胶；再将此凝胶通过微波辅助自燃烧引燃，进而得到氧化石墨烯/铁酸钡吸波材料。
2.如权利要求1所述的一种氧化石墨烯/铁酸钡吸波材料的制备方法，其特征在于：具体工艺步骤如下：
（1）按照原子比为Fe3+：Ba2+=12:1的比例，称取一定量的硝酸铁和硝酸钡，分别溶于去离子水中，配制成金属离子浓度为 0.1~0.6 mol/L 的溶液，静置，然后将两种溶液混合，制得硝酸盐混合溶液；
（2）在磁力搅拌作用下，向硝酸盐混合溶液中滴加柠檬酸-乙二醇复合络合剂，使其混合均匀，得到硝酸盐-络合剂混合溶液；
（3）将氧化石墨烯超声分散于去离子水中，得到分散均匀的氧化石墨烯水溶液；
（4）将氧化石墨烯水溶液滴加至硝酸盐-络合剂混合溶液中，边滴加边搅拌，使其混合均匀；然后再滴加一定量的浓氨水（26%）调节pH值在6.0~7.0，并持续搅拌形成溶胶；
（5）将步骤（4）中溶胶置于水浴中加热2~5h后放置于100~120oC鼓风干燥箱中保温12~24h，形成凝胶；再将此凝胶置于微波炉中发生自燃烧反应得到氧化石墨烯/铁酸钡吸波材料。
3.如权利要求2所述的一种氧化石墨烯/铁酸钡吸波材料的制备方法，其特征在于：步骤（2）中柠檬酸与乙二醇的质量比为1：1~1:4，柠檬酸-乙二醇复合络合剂的加入量为10~30g/L硝酸盐溶液。
4.如权利要求2所述的一种氧化石墨烯/铁酸钡吸波材料的制备方法，其特征在于：步骤（3）中氧化石墨烯水溶液的质量浓度为5~20%；超声分散功率：100W~250W，超声时间：10~20min；氧化石墨烯加入量为硝酸盐质量的5~20%。
5.如权利要求2所述的一种氧化石墨烯/铁酸钡吸波材料的制备方法，其特征在于：步骤（5）中水浴温度为60~90oC，微波加热功率为300~800W。
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