CN107057135A - 一种高性能石墨烯/FeNix/天然橡胶电磁波吸收材料的制备 - Google Patents

一种高性能石墨烯/FeNix/天然橡胶电磁波吸收材料的制备 Download PDF

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Abstract

本发明涉及电磁波吸收材料技术领域，具体为一种高性能石墨烯/FeNix/天然橡胶电磁波吸收材料的制备。本发明是将石墨烯/FeNix复合纳米粒子加入到天然胶乳中，加入橡胶助剂，超声分散，干燥，得到高性能石墨烯/FeNix/天然橡胶电磁波吸收材料。与现有电磁波吸收材料相比，本发明具有以下优点：（1）本发明提供的种石墨烯/FeNix纳米复合粒子可应用于电磁波吸收材料中以提高其吸波性能；（2）本发明制备的石墨烯/FeNix/天然橡胶电磁波吸收材料具有优异的稳定的电磁波吸收性能；（3）本发明的生产原料易得、生产成本低、制备方法简单且反应条件温和、合成过程中涉及的有机溶剂较少。

Description

一种高性能石墨烯/FeNix/天然橡胶电磁波吸收材料的制备
技术领域
本发明涉及电磁波吸收材料技术领域，具体为一种高性能石墨烯/FeNix/天然橡胶电磁波吸收材料的制备。
背景技术
电磁波吸收材料是指能够有效地吸收、衰减投射到表面上的电磁波，通过材料内部的介质损耗将电磁能转换成热能等其它形式的能量或使电磁波因干涉而消失的一类功能材料。导电纤维、金属粉末、羰基铁等传统的电磁波吸收材料存在吸收能力不强、比重大、吸收频带单一、制备工艺相对复杂等缺点；而新型的电磁波吸收材料要求具有“薄、轻、宽、强”的特点，未来理想的电磁波吸收材料则应满足多频谱隐身、环境适应、耐高温、抗冲击、抗核辐射、耐海洋气候等更高的要求。因此，在对传统电磁波吸收材料进行进一步改进的同时，突破局限，努力探索以石墨烯、纳米材料等为主的新型电磁波吸收材料，研究新的吸波机理，是目前国内外的研究热点和重点。
石墨烯具有质轻、比表面积大、导电性能好和介电常数高等优异性能，采用不同化学组成的纳米材料(如纳米金属及氧化物、纳米磁性金属粒子)对石墨烯片层进行修饰，可得到石墨烯纳米复合材料。石墨烯片层和纳米粒子的有效结合，可以使纳米粒子作为石墨烯片层间的间隔物质，减小石墨烯片层的凝聚和重堆积；同时还可以有效减少具有高表面能的纳米粒子的团聚，尤其是存在磁相互作用的磁性颗粒。石墨烯片层和纳米粒子间的协同作用不仅可以使石墨烯基复合材料的很多性能得到增强，而且还可以赋予其许多优异的新性能。因此，此种纳米复合材料在科学和技术领域均具有广泛的应用前景，是一类具有巨大应用潜能的新型材料。
近年来，将石墨烯片层与磁性元素( Fe, Co, Ni)有机结合，得到的石墨烯基磁性复合材料可以应用在电磁波吸收、靶向药物、环境水处理、能源和信息存储、磁共振成像等领域。在电磁波吸收材料领域，FeNi合金是一种十分重要的软磁材料，它具有优异的磁性能，如高磁饱和率、高磁导率和低磁各向异性常数等，被广泛应用于感应器、电磁屏蔽、磁制冷、磁记录头等领域。
天然橡胶作为一种重要的粘结剂，在工业生产、军事领域、民用领域等具有广泛的应用，但是在现有报道中，将110份炭黑加入到天然橡胶中，其吸波性能仅为-13.6dB；将110份炭黑和30份羰基铁粉加入到天然橡胶基体中，吸波性能为-19.2dB，其填料用量大、吸波性能差的缺点限制了其进一步的发展。因此，研制石墨烯/FeNix/天然橡胶电磁波吸收复合材料具有巨大的应用前景。
发明内容
本发明针对现有的电磁波吸收材料存在的组分单一、电磁波吸收性能相对较差、填料用量大的问题，提供了一种高性能石墨烯/FeNix/天然橡胶电磁波吸收材料的制备。
本发明是通过以下技术方案实现的：一种石墨烯/FeNix纳米复合粒子的制备方法，包括以下步骤：
（1）将石墨烯、FeSO4·7H2O、NiSO4·6H2O加入到乙醇/水溶液（乙醇与水的混合溶液）中，搅拌混合均匀；Fe2+盐与Ni2+盐的物质的量的比例为1:1~20，Fe2+盐与Ni2+盐溶液总浓度为0.01~10mol/L，石墨烯的用量为Fe2+盐与Ni2+盐总质量的0.01~30%；
（2）将上述溶液置于水浴中，在剧烈的机械搅拌下加热至70~75℃，通入N2，然后缓慢滴加NaOH溶液，调节pH至9~13，待形成稳定的褐色胶状溶液后，以缓慢滴加水合肼溶液，反应结束后，冷却至室温，磁析分离，超声水洗，得到石墨烯/FeNix复合纳米粒子；所述水合肼溶液与Fe2+盐的物质的量的比例为30:1。
本发明所述制备方法中，所述剧烈的机械搅拌指的是搅拌时液体整体自上而下呈漩涡状态。制备获得的石墨烯/FeNix复合纳米粒子中X为Ni2+盐与Fe2+盐的物质的量的比例数值。
另外，本发明提供了一种高性能石墨烯/FeNix/天然橡胶电磁波吸收材料的制备，采用上述制备方法制备获得的石墨烯/FeNix复合纳米粒子加入到天然胶乳中，加入橡胶助剂，超声分散，干燥，得到高性能石墨烯/FeNix/天然橡胶电磁波吸收材料。
优选的，石墨烯/FeNix复合纳米粒子占天然胶乳总质量的0.1%~30%。若天然胶乳中石墨烯/FeNix复合纳米粒子的添加量过少，则对电磁波吸收材料的吸波性能影响不大；若若天然胶乳中石墨烯/FeNix复合纳米粒子的添加量过大，能够更进一步的提高电磁波吸收材料的吸波性能，但是影响电磁波吸收材料的机械性能。因此，本发明优选的石墨烯/FeNix复合纳米粒子的添加量为较适宜的。
具体实施时，所述橡胶助剂为平平加“O”、硫磺、ZnO以及ZDC助剂。当然，本领域技术人员可根据电磁波吸收材料的应用领域来添加其他橡胶助剂。
与现有电磁波吸收材料相比，本发明具有以下优点：
（1）本发明提供的种石墨烯/FeNix纳米复合粒子可应用于电磁波吸收材料中以提高其吸波性能；
（2）本发明制备的石墨烯/FeNix/天然橡胶电磁波吸收材料具有优异的稳定的电磁波吸收性能；
（3）本发明的生产原料易得、生产成本低、制备方法简单且反应条件温和、合成过程中涉及的有机溶剂较少。
附图说明
图1为石墨烯/FeNix纳米复合粒子的XRD图。图中a表示石墨烯/FeNi1纳米复合粒子，b表示石墨烯/FeNi4纳米复合粒子。
图2为石墨烯/FeNi纳米复合粒子的SEM照片。
图3为石墨烯/FeNi/天然橡胶纳米复合粒子的SEM照片。
图4为厚度为5mm的石墨烯/FeNix/天然橡胶复合材料的电磁波吸收图。由图可以看出：黑色曲线为纯天然橡胶基体的电磁波吸收；其他两条曲线分别为石墨烯/FeNi1/天然橡胶和石墨烯/FeNi4/天然橡胶复合材料的电磁波吸收。
具体实施方式
实施例一：一种高性能石墨烯/FeNix/天然橡胶电磁波吸收材料的制备
（1）将2.78g FeSO4•7H2O（0.01mol）、2.63g NiSO4•6H2O（0.01mol）、0.0541g石墨烯（1%）加入到20mL乙醇/水溶液中，超声搅拌1h；将混合溶液倒入到圆底三口烧瓶中，接通N2并调节其流量，水浴条件下加热至70℃，在500r/min的剧烈机械搅拌下，以1滴/秒的速度滴加NaOH溶液，调节pH至9，待反应形成稳定的褐色胶状溶液后，以1滴/秒的速度滴加15ml的水合肼溶液（0.3mol），反应完成后，在N2氛围下冷却至室温，磁析分离后，超声水洗，得到石墨烯/FeNi纳米复合粒子。
（2）将0.1g（5%）纳米复合粒子加入到2g天然胶乳中， 加入平平加“O”、硫磺、ZnO、ZDC助剂，超声分散，干燥，则得到石墨烯/FeNi/天然橡胶电磁波吸收复合材料，其电磁波吸收效能能够达到-19.57dB。
实施例二：一种高性能石墨烯/FeNix/天然橡胶电磁波吸收材料的制备
（1）将2.78g FeSO4•7H2O（0.01mol）、2.63g NiSO4•6H2O（0.01mol）、0.1082g石墨烯（2%）加入到20mL乙醇/水溶液中，超声搅拌1h；将混合溶液加入到圆底三口烧瓶中，接通N2并调节流量，水浴条件下加热至75℃，在500r/min的剧烈机械搅拌下，以1滴/秒的速度滴加NaOH溶液，调节pH至10，待反应形成稳定的褐色胶状溶液后，以1滴/秒的速度滴加15ml水合肼溶液（0.3mol），反应完成后，在N2氛围下冷却至室温，磁析分离后，超声水洗，则得到石墨烯/FeNi纳米复合粒子。
（2）将0.1g（10%）纳米复合粒子加入到1g天然胶乳中，加入平平加“O”、硫磺、ZnO、ZDC助剂，超声分散，干燥，则制得石墨烯/FeNi/天然橡胶电磁波吸收复合材料，其电磁波吸收效能能够达到-26.43dB。
实施例三：一种高性能石墨烯/FeNix/天然橡胶电磁波吸收材料的制备
（1）将2.78g FeSO4•7H2O（0.01mol）、10.52g NiSO4•6H2O（0.04mol）、0.0541g石墨烯（0.4%）加入到25mL乙醇/水溶液中，超声搅拌1h；将混合溶液加入到圆底三口烧瓶中，接通N2并调节流量，水浴条件下加热至75℃，在500r/min的剧烈机械搅拌下，以1滴/秒的速度滴加NaOH溶液，调节pH至11，待反应形成稳定的褐色胶状溶液后，以1滴/秒的速度滴加15ml水合肼溶液，反应完成后，在N2氛围下冷却至室温，磁析分离后，超声水洗，得到石墨烯/FeNi4纳米复合粒子。
（2）将0.2g（20%）纳米复合粒子加入到1g天然胶乳中，加入平平加“O”、硫磺、ZnO、ZDC助剂，超声分散，干燥，则得到石墨烯/FeNi4/天然橡胶电磁波吸收复合材料，其电磁波吸收效能能够达到-34.86dB。
实施例四：一种高性能石墨烯/FeNix/天然橡胶电磁波吸收材料的制备
（1）将2.78g FeSO4•7H2O（0.01mol）、26.3g NiSO4•6H2O（0.1mol）、0.0029g石墨烯（0.01%）加入到11L乙醇/水溶液中，超声搅拌1h；将混合溶液加入到圆底三口烧瓶中，接通N2并调节流量，水浴条件下加热至75℃，在500r/min的剧烈机械搅拌下，以1滴/秒的速度滴加NaOH溶液，调节pH至12，待反应形成稳定的褐色胶状溶液后，以1滴/秒的速度滴加15ml水合肼溶液，反应完成后，在N2氛围下冷却至室温，磁析分离后，超声水洗，得到石墨烯/FeNi4纳米复合粒子。
（2）将0.001g（0.1%）纳米复合粒子加入到1g天然胶乳中，加入平平加“O”、硫磺、ZnO、ZDC助剂，超声分散，干燥，则得到石墨烯/FeNi4/天然橡胶电磁波吸收复合材料，其电磁波吸收效能能够达到-10.04dB。
实施例五：一种高性能石墨烯/FeNix/天然橡胶电磁波吸收材料的制备
（1）将2.78g FeSO4•7H2O（0.01mol）、52.6g NiSO4•6H2O（0.2mol）、16.61g石墨烯（30%）加入到21mL乙醇/水溶液中，超声搅拌1h；将混合溶液加入到圆底三口烧瓶中，接通N2并调节流量，水浴条件下加热至75℃，在500r/min的剧烈机械搅拌下，以1滴/秒的速度滴加NaOH溶液，调节pH至13，待反应形成稳定的褐色胶状溶液后，以1滴/秒的速度滴加15ml水合肼溶液，反应完成后，在N2氛围下冷却至室温，磁析分离后，超声水洗，得到石墨烯/FeNi4纳米复合粒子。
（2）将0.3g（30%）纳米复合粒子加入到1g天然胶乳中，加入平平加“O”、硫磺、ZnO、ZDC助剂，超声分散，干燥，则得到石墨烯/FeNi4/天然橡胶电磁波吸收复合材料，其电磁波吸收效能能够达到-40.13dB。

Claims (4)

1.一种石墨烯/FeNix纳米复合粒子的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）将石墨烯、FeSO4·7H2O、NiSO4·6H2O加入到乙醇/水溶液中，搅拌混合均匀；Fe2+盐与Ni2+盐的物质的量的比例为1:1~20，Fe2+盐与Ni2+盐溶液总浓度为0.01~10mol/L，石墨烯的用量为Fe2+盐与Ni2+盐总质量的0.01~30%；
（2）将上述溶液置于水浴中，在剧烈的机械搅拌下加热至70~75℃，通入N2，然后缓慢滴加NaOH溶液，调节pH至9~13，待形成稳定的褐色胶状溶液后，以缓慢滴加水合肼溶液，反应结束后，冷却至室温，磁析分离，超声水洗，得到石墨烯/FeNix复合纳米粒子；所述水合肼溶液与Fe2+盐的物质的量的比例为30:1。
2.一种高性能石墨烯/FeNix/天然橡胶电磁波吸收材料的制备，其特征在于，采用权利要求1所述制备方法制备获得的石墨烯/FeNix复合纳米粒子加入到天然胶乳中，加入橡胶助剂，超声分散，干燥，得到高性能石墨烯/FeNix/天然橡胶电磁波吸收材料。
3.根据权利要求2所述的一种高性能石墨烯/FeNix/天然橡胶电磁波吸收材料的制备，其特征在于，石墨烯/FeNix复合纳米粒子占天然胶乳总质量的0.1%~30%。
4.根据权利要求2所述的一种高性能石墨烯/FeNix/天然橡胶电磁波吸收材料的制备，其特征在于，所述橡胶助剂为平平加“O”、硫磺、ZnO以及ZDC助剂。
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