CN106350003B - 一种多孔石墨烯/四氧化三铁复合吸波材料的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于功能复合材料制备技术领域，涉及一种多孔石墨烯/四氧化三铁复合吸波材料的制备方法，先将钠和乙醇放到反应釜中反应，反应结束后将白色产物用去离子水热解，将热解反应得到的产物用去离子水清洗后冷冻干燥得到多孔石墨烯；再将多孔石墨烯添加到三口烧瓶中并加入去离子水，加热并保持50℃，通入氮气搅拌后向溶液中加入氯化铁和氯化亚铁搅拌进行分散，分散好后加入氨水搅拌反应得到黑色磁性复合材料，然后去离子水洗涤并将产物冷冻干燥，制备得到多孔石墨烯/四氧化三铁复合吸波材料；其工艺简单，操作方便，所用材料简单易得，成本低，清洁无毒，产量大，时间短，性能优，具有广泛的应用价值。

Description

一种多孔石墨烯/四氧化三铁复合吸波材料的制备方法

技术领域：

本发明属于功能复合材料制备技术领域，涉及一种具有优异吸波性能的复合材料制备方法，特别是一种由多孔石墨烯和磁性材料复合而成的多孔石墨烯/四氧化三铁复合吸波材料的制备方法，制备的复合吸波材料将多孔石墨烯的介电损耗、高比表面积、轻质等优点与磁性物质具有的介电、磁损耗性能结合在一起，同时在两种物质之间形成大量的界面，最终使得入射的电磁波被有效地吸收，达到电磁屏蔽与战斗隐身的目的。

背景技术：

目前，随着科学与电子技术的迅猛发展，电磁污染变得越来越严重。这些电磁波无处不在，在给人们带来便利的同时，也带来了各种各样的问题。首先纷杂的电磁波相互之间产生干扰引起一些电子设备无法正常使用，其次长期暴露在大量电磁辐射下也会对人们的身体健康产生严重损害。军事上，为了提高军事力量，各国均开展了对隐身技术的研究，因此制备高效质轻的吸波材料具有深远的意义。

吸波材料是能将电磁波能量转换为热能和其他形式的能量而消耗掉，或者通过物理干涉、散射而耗散电磁波能量的功能材料。优异的吸波材料首先会实现阻抗匹配来减少电磁波在表面的反射，其次优异的电、磁损耗特性使得进入到吸收体的电磁波能量消耗掉。

未来的吸波材料应满足多种要求：轻的重量、薄的厚度、宽的吸收频带以及强的吸收强度。石墨烯因为其具有的介电性能和高的比表面积而被广泛应用在吸波领域，然而常见的二维石墨烯具有有限的介电损耗并且缺乏磁性能，这使得它很难获得优异的吸波性能；磁性材料具有优良的磁损耗性能，但单独使用就会造成材料重量的大幅度增加。因此通过将不同损耗机制的材料复合在一起就会达到优异的吸波效果。目前常见的是将氧化石墨烯与磁性材料混合然后还原石墨烯形成三维结构，制备过程繁琐，因此，寻求一种一步法制备的多孔石墨烯与磁性材料复合的方法，最终得到性能优异的吸波材料。

发明内容：

本发明的目的在于克服现有技术存在的缺点，寻求设计提供一种利用新型方法制备的多孔石墨烯与磁性材料复合得到新型吸波材料的方法，多孔结构的石墨烯增加了材料的表面积，降低了密度，磁性材料的引入增加了磁性损耗而且磁性材料与石墨烯之间形成大量的界面极化作用，最终使得到的复合材料具有较高的微波吸收性能和宽的吸收频带。

为了实现上述目的，本发明的具体制备过程为：

(1)多孔石墨烯的制备：先在干燥箱中称取1～2.5g的钠，再量取4～5ml的乙醇，将钠和乙醇放到反应釜中在150～220℃条件下反应36～72h，反应结束后将得到的白色产物缓慢冷却至室温，然后将白色产物用去离子水热解，将热解反应得到的产物用去离子水清洗3～5次后冷冻干燥得到多孔石墨烯；

(2)多孔石墨烯/四氧化三铁的制备：将50～200mg步骤(1)制备的多孔石墨烯添加到250ml的三口烧瓶中，加入100-150ml去离子水，加热并保持50℃，再通入氮气剧烈搅拌10～40min，然后向溶液中加入50～100mg的氯化铁和20～60mg的氯化亚铁搅拌30～40min进行分散，分散好后加入1～3ml质量分数为28％的氨水搅拌反应35分钟得到黑色磁性复合材料，然后去离子水洗涤3～5遍，将产物冷冻干燥，制备得到多孔石墨烯/四氧化三铁复合吸波材料。

本发明制备的多孔石墨烯/四氧化三铁复合吸波材中多孔石墨烯的孔径为1～2.5μm，四氧化三铁纳米粒子尺寸均匀，粒径为10nm，并且均匀分散在石墨烯的表面。

本发明所述四氧化铁能用钴、镍及其合金或钴铁氧体代替。

本发明与现有技术相比，通过多孔石墨烯引入的多孔结构使得电磁波入射到材料中并多次反射吸收，减少了微波反射到空间的几率，同时磁性材料与石墨烯表面形成的界面使材料的界面极化作用大大增强，这使得更多的入射波被耗散，其工艺简单，操作方便，所用材料简单易得，成本低，清洁无毒，产量大，时间短，性能优，具有广泛的应用价值。

附图说明：

图1a为本发明实例中制备的多孔石墨烯/四氧化三铁复合材料的扫描电子显微镜(SEM)图片，图中清晰地表现出材料的多孔结构；图1b为复合材料的透射电子显微镜(TEM)图片，图中表现四氧化三铁粒子覆盖在石墨烯表面，尺寸均匀。

图2为本发明实例中制备的多孔石墨烯/四氧化三铁复合材料的三维吸波性能图。

具体实施方式：

下面通过实施例并结合附图进一步说明。

实施例：

本实施例选取四氧化三铁为磁性材料与多孔石墨烯复合，具体制备过程为：

(1)先称取2g的钠和5ml的乙醇放在50ml的反应釜中，在220℃温度下加热反应48h，反应结束后将产物逐渐冷却到室温，得到白色的前躯体产物，再将白色的前驱体产物用去离子水热解，白色的前驱体产物变黑，然后将得到的产物用去离子水洗涤3次，最后冷冻干燥得干燥的多孔石墨烯；

(2)取180mg步骤(1)制备的多孔石墨烯放于250ml的三口烧瓶中，加入120ml的去离子水，然后在油浴锅中加热至50℃，通入氮气同时剧烈机械搅拌以除去溶液中的空气，反应的全过程保持剧烈搅拌、50℃反应条件和氮气氛围；然后向溶液中加入70.77mg的氯化铁和41.29mg的氯化亚铁，搅拌30min使分散完全，分散好后逐滴加入2ml质量分数为28％的氨水，滴加氨水的过程中溶液变黑，反应30min后停止加热，使用磁铁分离出产物并用去离子水清洗4次，最后将产物冷冻干燥，多孔石墨烯/四氧化三铁复合吸波材料，然后进行相关测试，测试结果表明多孔石墨烯的孔径为1～2.5μm，制备的四氧化三铁纳米粒子尺寸均匀，粒径为10nm，并均匀地分散在多空石墨烯表面(附图1)；在附图2中吸波性能测试结果表明当厚底为6.1mm时复合材料在5.4GHz的吸收强度达到-53.0dB，当吸收强度达到-10dB时，90％的入射电磁波能够被吸收。当复合材料厚度为2.7mm时，吸收数值低于-10dB的测试频宽达到了5.4GHz(12.6-18.0GHz)。

本实施例制备的多孔石墨烯/四氧化三铁复合材料表现出优异的吸波，具有质量轻、制备过程简单、有效吸收频带宽和吸收强度高等优点，具有多种应用前景：电磁屏蔽、电磁兼容和军事隐身。

Claims (1)

1.一种多孔石墨烯/四氧化三铁复合吸波材料的制备方法，其特征在于具体制备过程为：（1）先称取2 g的钠和5 ml的乙醇放在50 ml的反应釜中，在220 ºC温度下加热反应48h，反应结束后将产物逐渐冷却到室温，得到白色的前躯体产物，再将白色的前驱体产物用去离子水热解，白色的前驱体产物变黑，然后将得到的产物用去离子水洗涤3次，最后冷冻干燥得干燥的多孔石墨烯；

（2）取180 mg步骤（1）制备的多孔石墨烯放于250 ml 的三口烧瓶中，加入120 ml的去离子水，然后在油浴锅中加热至50 ºC，通入氮气同时剧烈机械搅拌以除去溶液中的空气，反应的全过程保持剧烈搅拌、50 ºC反应条件和氮气氛围；然后向溶液中加入70.77 mg的氯化铁和41.29 mg的氯化亚铁，搅拌30 min 使分散完全，分散好后逐滴加入2 ml 质量分数为28 %的氨水，滴加氨水的过程中溶液变黑，反应30 min后停止加热，使用磁铁分离出产物并用去离子水清洗4次，最后将产物冷冻干燥，制备得到多孔石墨烯/四氧化三铁复合吸波材料，制备的复合吸波材料中多孔石墨烯的孔径为1~2.5 μm，四氧化三铁纳米粒子粒径为10 nm，并均匀地分散在多孔石墨烯表面；当复合吸波材料厚度为6.1 mm时复合吸波材料在5.4 GHz的吸收强度达到-53.0 dB，当吸收强度达到-10 dB时，90%的入射电磁波能够被吸收；当复合吸波材料厚度为2.7 mm时，吸收数值低于-10 dB的频宽达到5.4 GHz，适用于电磁屏蔽、电磁兼容和军事隐身领域；所述四氧化三铁能用钴、镍及其合金或钴铁氧体代替。