CN109851284A - 多元复合气凝胶材料及其制备与其在电磁波吸收中的应用 - Google Patents
多元复合气凝胶材料及其制备与其在电磁波吸收中的应用 Download PDFInfo
- Publication number
- CN109851284A CN109851284A CN201910301365.0A CN201910301365A CN109851284A CN 109851284 A CN109851284 A CN 109851284A CN 201910301365 A CN201910301365 A CN 201910301365A CN 109851284 A CN109851284 A CN 109851284A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- multiple elements
- elements design
- aerogel material
- preparation
- freeze
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Abstract
本发明公开了一种多元复合气凝胶材料及其制备方法与应用，其是将石墨烯/NiO复合物于水中超声分散制得悬浊液，再加入可溶性海藻酸盐，经剧烈搅拌后将所得混合溶液倒入模具中进行冷冻干燥，再将冻干后的块体材料放入固化剂溶液中固化后经进一步冷冻干燥，得到所述多元复合气凝胶材料。本发明所制备的多元复合气凝胶材料具有电磁波吸收强度大、吸收频带宽、厚度可控、强度佳、密度低、质量轻、稳定性好等优势，是一种优良的电磁波吸收材料。
Description
技术领域
本发明属于材料制备领域，具体涉及一种多元复合气凝胶材料及其制备方法与其在电磁波吸收中的应用。
背景技术
气凝胶（Aerogel）作为一种独特的多孔结构材料，因其具有高孔隙率（大于90%）、低密度（0.003-0.5 g/cm3）、高透光性以及较低的导热系数（0.0013-0.021 W/m·k）等特点而备受关注，主要被应用于军事、建筑、能源及环境保护等方面。从功能上而言，气凝胶材料是纳米光催化材料的优良载体。藻酸盐基气凝胶是以藻酸盐为前驱体，经超临界干燥或冷冻干燥后制得。藻酸盐是从褐藻中提取出来的一种天然多糖，它是由β-D-甘露糖醛酸（M单元）和α-L-古洛糖醛酸（G单元）通过1-4糖苷键连接而成的无规嵌段共聚物，具有来源丰富、绿色无毒、易凝胶化、可再生、可降解以及生物相容性好等优异性能。
电磁波吸波材料需要满足电磁波吸收强度大、吸收频带宽、厚度薄和质量轻等要求。NiO是一种电磁波吸收材料，而其单独作为吸波材料存在厚度不可控、再利用困难、不可剪裁、密度大等缺点，这些都将阻碍其工业化进程。随着科学技术的发展，多元材料复合化成为新材料的发展趋势，通过两种或者多种材料功能上的复合，性能上的相互弥补和优化，可制备出性能更加优异的复合材料。近年来，各种不同组成、不同结构的复合吸波材料的报道正逐年增加。
发明内容
针对现有电磁波吸收材料应用过程中存在的问题和缺陷，本发明提供了一种工艺简单、生产成本低廉且具有较高吸波性能的多元复合气凝胶材料。
为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：
一种多元复合气凝胶材料，其制备方法包括如下步骤：
a）将氧化石墨烯、Ni(NO3)3·6H2O和六亚甲基四胺于去离子水中溶解，搅拌30 min后加入一定量乙醇超声15min，再将溶液转移到高压反应釜中，180 ℃恒温反应6h，然后自然冷却至室温，用去离子水反复洗涤沉淀，再于60℃烘干，得到石墨烯/NiO复合物；
b）将步骤a）所得石墨烯/NiO复合物超声均匀分散于水中，得到悬浊液；
c）将可溶性海藻酸盐加入到步骤b）所得悬浊液中，剧烈搅拌使其溶解完全后，继续搅拌1～4小时，得混合溶液；
d）将步骤c）得到的混合溶液消泡后倒入模具中进行冷冻干燥处理，得到块体材料；
e）将步骤d）所得块体材料放入固化剂溶液中进行固化，再经进一步冷冻干燥，得到所述多元复合气凝胶材料。
步骤a）中所用氧化石墨烯、Ni(NO3)3·6H2O、六亚甲基四胺的摩尔比为(0.001~0.05)：(0.1~3)：(0.01~0.1)。
步骤a）中所加入乙醇与去离子水的体积比为1:1。
步骤b）所得悬浊液中石墨烯/NiO复合物的浓度为0.001~5g/L。
步骤c）所述混合溶液中可溶性海藻酸盐的浓度为1~30g/L；所述可溶性海藻酸盐包括海藻酸钠、海藻酸钾、藻酸丙二醇酯中的任意一种或几种。
步骤d）中采用超声进行消泡，超声时间为0~2h，超声后需再真空抽气0~2h。
步骤e）中所述固化剂溶液的浓度为5~30g/L；所述固化剂为Ca、Ba等碱土金属盐或Fe、Al等三价金属盐中的任意一种或几种。
步骤e）中所述固化的时间为5min~2h。
步骤e）中所述冷冻干燥是以0.1~10℃/min的速率降温至-50~-10℃，冷冻0.5~6h，然后于-15~25℃、真空度为1~2000 Pa的条件下干燥12-48h。
本发明采用水热法制备出石墨烯/NiO复合物，然后将其与天然多糖基气凝胶材料进行复合，制备得到一种多元复合气凝胶材料，其具有电磁波吸收强度大、吸收频带宽、厚度可控、强度佳、密度低、质量轻、稳定性好等优势，可用于作用电磁波吸收材料。
与现有技术相比，本发明制备方法具有工艺简单、成本低廉、条件易控、适合规模化生产等优点。在制备机理上，本发明通过分步固化获得了具有较高强度的藻酸盐基气凝胶材料，同时又实现了石墨烯/NiO在其上的高度分散和有效负载。在性能上，所制备的藻酸盐基复合石墨烯/NiO气凝胶电磁波吸收材料电磁波吸收强度大、吸收频带宽、厚度可控、可任意剪裁、密度低、质量轻、稳定性好，适合大规模生产。
附图说明
图1为实施例1所制备的NiO粉末的扫描电镜图。
图2为实施例3所制备的RGO/NiO样品的扫描电镜图。
图3为为实施例7所制备的多元生物质复合气凝胶材料的扫描电镜图。
图4为实施例7所制备的多元生物质复合气凝胶材料的数码照片。
具体实施方式
为了使本发明所述的内容更加便于理解，下面结合具体实施方式对本发明所述的技术方案做进一步的说明，但是本发明不仅限于此。
实施例1 空白NiO
将3mmol Ni(NO3)3·6H2O和0.08mmol六亚甲基四胺于35mL去离子水中溶解，搅拌30min后再加入35ml乙醇超声15min，将溶液转移到100 mL高压反应釜中，180 ℃恒温反应6h，然后自然冷却至室温，用去离子水反复洗涤沉淀，再于60℃烘干，得到NiO粉末，再将其与石蜡按质量比3：7混合，制备成直径为7mm、厚度为3mm的同轴样品，编号记为1。
图1为所制备NiO粉末的扫描电镜图。由图中可见，NiO为大量片状结构组成的花状纳米球，其尺寸约为550nm。
实施例2 空白石墨烯
将0.1mmol商品化氧化石墨烯于去离子水中溶解，搅拌30 min后再加入35ml乙醇超声15min，将溶液转移到100 mL高压反应釜中，180 ℃恒温反应6h，然后自然冷却至室温，用去离子水反复洗涤沉淀，再于60℃烘干，得到石墨烯，再将其与石蜡按质量比3：7混合，制备成直径为7mm、厚度为3mm的同轴样品，编号记为2。
实施例3 2%石墨烯/NiO复合材料
将0.04mmol商品化氧化石墨烯、2mmol Ni(NO3)3·6H2O和0.05mmol六亚甲基四胺于35mL去离子水中溶解，搅拌30 min后再加入35ml乙醇超声15min，将溶液转移到100 mL高压反应釜中，180 ℃恒温反应6h，然后自然冷却至室温，用去离子水反复洗涤沉淀，再于60℃烘干，得到2%石墨烯/NiO复合物，再将其与石蜡按质量比3：7混合，制备成直径为7mm、厚度为3mm的同轴样品，编号记为3。
图2为所得样品的扫描电镜形貌图。
实施例4 8%石墨烯/NiO复合材料
将0.24mmol商品化氧化石墨烯、3mmol Ni(NO3)3·6H2O和0.08mmol六亚甲基四胺于35mL去离子水中溶解，搅拌30 min后再加入35ml乙醇超声15min，将溶液转移到100 mL高压反应釜中，180 ℃恒温反应6h，然后自然冷却至室温，用去离子水反复洗涤沉淀，再于60℃烘干，得到8%石墨烯/NiO复合物，再将其与石蜡按质量比3：7混合，制备成直径为7mm、厚度为3mm的同轴样品，编号记为4。
实施例5 空白藻酸盐气凝胶
a）在剧烈搅拌条件下，将0.1g海藻酸钠加入到100mL去离子水中，剧烈搅拌使其溶解完全，此时溶液中海藻酸钠的浓度为1g/L，然后继续搅拌1小时；
b）将步骤a）得到的藻酸盐溶液进行超声消泡及真空抽气，超声时间为0.5h，抽气时间为0.5h，以排出混合溶液中溶解的气体；
c）将排气后的藻酸盐溶液倒入直径为7mm、厚度为3mm的容器中进行冷冻干燥处理，以1℃/min的速率降温至-30℃，冷冻2h，然后于-5℃、真空度为200 Pa的条件下干燥24h，得到块体材料；
d）将所得块体材料放入浓度为20g/L的CaCl2溶液中固化30min，再经进一步冷冻干燥，得到藻酸盐气凝胶材料。固化后所得气凝胶材料的体积收缩率为17.94%，孔隙率达97.6%，编号记为5。
实施例6 石墨烯复合藻酸盐气凝胶
a）称取0.02g实施例2制备的石墨烯，加入到100mL去离子水中，机械搅拌并超声分散1h，得到浓度为0.2g/L的悬浊液；
b）在剧烈搅拌条件下，将2.5g海藻酸钠加入到上述悬浊液中，剧烈搅拌使其溶解完全，此时溶液中海藻酸钠的浓度为25g/L，然后继续搅拌1小时；
c）将步骤b）得到的混合溶液进行超声消泡及真空抽气，超声时间为0.5h，抽气时间为0.5h，以排出混合溶液中溶解的气体；
d）将排气后的混合溶液倒入直径为7mm、厚度为3mm的容器中进行冷冻干燥处理，以1℃/min的速率降温至-25℃，冷冻2h，然后于-5℃、真空度为200 Pa的条件下干燥24h，得到块体材料；
e）将所得块体材料放入浓度为10g/L的CaCl2溶液中固化30min，再经进一步冷冻干燥，所得多元复合气凝胶材料。固化后所得复合气凝胶材料的体积收缩率为14.7%，孔隙率为92.8%，编号记为6。
实施例7
a）称取0.08g实施例3制备的2%石墨烯/NiO复合物，加入到100mL去离子水中，机械搅拌并超声分散1h，得到浓度为0.8g/L的悬浊液；
b）在剧烈搅拌条件下，将2.5g海藻酸钠加入到上述悬浊液中，剧烈搅拌使其溶解完全，此时溶液中海藻酸钠的浓度为25g/L，然后继续搅拌1小时；
c）将步骤b）得到的混合溶液进行超声消泡及真空抽气，超声时间为0.5h，抽气时间为0.5h，以排出混合溶液中溶解的气体；
d）将排气后的混合溶液倒入直径为7mm、厚度为3mm的容器中进行冷冻干燥处理，以1℃/min的速率降温至-25℃，冷冻2h，然后于-5℃、真空度为200 Pa的条件下干燥24h，得到块体材料；
e）将所得块体材料放入浓度为16g/L的CaCl2溶液中固化30min，再经进一步冷冻干燥，得到多元复合气凝胶材料。固化后所得复合气凝胶材料的体积收缩率为10.1%，孔隙率为98.4%，编号记为7。
图3、4分别为所制备的多元生物质复合气凝胶材料的扫描电镜图和数码照片。
实施例8
a）称取0.6g实施例4所得的8%石墨烯/NiO复合物，加入到100mL去离子水中，机械搅拌并超声分散1h，得到浓度为6g/L的悬浊液；
b）在剧烈搅拌条件下，将2.5g海藻酸钠加入到上述悬浊液中，剧烈搅拌使其溶解完全，此时溶液中海藻酸钠的浓度为25g/L，然后继续搅拌1小时；
c）将步骤b）得到的混合溶液进行超声消泡及真空抽气，超声时间为0.5h，抽气时间为0.5h，以排出混合溶液中溶解的气体；
d）将排气后的混合溶液倒入直径为7mm、厚度为3mm的容器进行冷冻干燥处理，以1℃/min的速率降温至-30℃，冷冻2h，然后于-5℃、真空度为200 Pa的条件下干燥24h，得到块体材料；
e）将所得块体材料放入浓度为25g/L的CaCl2溶液中固化30min，再经进一步冷冻干燥，得到多元复合气凝胶材料。固化后所得复合气凝胶材料的体积收缩率为8.6%，孔隙率为93.2%，编号记为8。
样品的电磁波吸收性能是通过室温下振动样品磁强计（4HF，ADE）测得的。采用安捷伦科技公司N5230矢量网络分析仪的传输／反射法测定了样品的复磁导率和介电常数。
表1 各实施例材料吸波性能对比
由表1可见，本发明制备的多元复合气凝胶材料在电磁波吸收方面具有巨大的潜在工业应用前景。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。
Claims (10)
1.一种多元复合气凝胶材料的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
a）将氧化石墨烯、Ni(NO3)3·6H2O和六亚甲基四胺于去离子水中溶解，搅拌30 min后加入一定量乙醇超声15min，再将溶液转移到高压反应釜中，180 ℃恒温反应6h，然后自然冷却至室温，用去离子水反复洗涤沉淀，再于60℃烘干，得到石墨烯/NiO复合物；
b）将步骤a）所得石墨烯/NiO复合物超声均匀分散于水中，得到悬浊液；
c）将可溶性海藻酸盐加入到步骤b）所得悬浊液中，剧烈搅拌使其溶解完全后，继续搅拌1～4小时，得混合溶液；
d）将步骤c）得到的混合溶液消泡后倒入模具中进行冷冻干燥处理，得到块体材料；
e）将步骤d）所得块体材料放入固化剂溶液中进行固化，再经进一步冷冻干燥，得到所述多元复合气凝胶材料。
2.根据权利要求1所述的多元复合气凝胶材料的制备方法，其特征在于：步骤a）中所用氧化石墨烯、Ni(NO3)3·6H2O、六亚甲基四胺的摩尔比为(0.001~0.05)：(0.1~3)：(0.01~0.1)；
所加入乙醇与去离子水的体积比为1:1。
3.根据权利要求1所述的多元复合气凝胶材料的制备方法，其特征在于：步骤b）所得悬浊液中石墨烯/NiO复合物的浓度为0.001~5g/L。
4.根据权利要求1所述的多元复合气凝胶材料的制备方法，其特征在于：步骤c）所述混合溶液中可溶性海藻酸盐的浓度为1~30g/L；所述可溶性海藻酸盐包括海藻酸钠、海藻酸钾、藻酸丙二醇酯中的任意一种或几种。
5.根据权利要求1所述的多元复合气凝胶材料的制备方法，其特征在于：步骤d）中采用超声进行消泡，超声时间为0~2h，超声后需再真空抽气0~2h。
6.根据权利要求1所述的多元复合气凝胶材料的制备方法，其特征在于：步骤e）中所述固化剂溶液的浓度为10~30g/L；所述固化剂为碱土金属盐。
7.根据权利要求1所述的多元复合气凝胶材料的制备方法，其特征在于：步骤e）中所述固化的时间为5min~2h。
8. 根据权利要求1所述的多元复合气凝胶材料的制备方法，其特征在于：步骤e）中所述冷冻干燥是以0.1~10℃/min的速率降温至-50~-10℃，冷冻0.5~6h，然后于-15~25℃、真空度为1~2000 Pa的条件下干燥12-48h。
9.一种如权利要求1所述方法制得的多元复合气凝胶材料。
10.一种如权利要求9所述的多元复合气凝胶材料在电磁波吸收方面的应用。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201910301365.0A CN109851284A (zh) | 2019-04-15 | 2019-04-15 | 多元复合气凝胶材料及其制备与其在电磁波吸收中的应用 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201910301365.0A CN109851284A (zh) | 2019-04-15 | 2019-04-15 | 多元复合气凝胶材料及其制备与其在电磁波吸收中的应用 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN109851284A true CN109851284A (zh) | 2019-06-07 |
Family
ID=66889197
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201910301365.0A Pending CN109851284A (zh) | 2019-04-15 | 2019-04-15 | 多元复合气凝胶材料及其制备与其在电磁波吸收中的应用 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN109851284A (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112366326A (zh) * | 2020-10-22 | 2021-02-12 | 广东省科学院稀有金属研究所 | 一种碳包覆镍气凝胶材料的制备方法及应用 |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103413689A (zh) * | 2013-07-19 | 2013-11-27 | 北京科技大学 | 制备石墨烯气凝胶及石墨烯/金属氧化物气凝胶的方法 |
| US20140340818A1 (en) * | 2011-11-10 | 2014-11-20 | The Regent Of The University Of Colorado A Body Corporate | Supercapacitor Devices Having Composite Electrodes Formed By Depositing Metal Oxide Pseudocapacitor Materials Onto Carbon Substrates |
| CN107140717A (zh) * | 2017-05-19 | 2017-09-08 | 湘潭大学 | 一种石墨烯/NiO纳米复合气凝胶电容脱盐电极及其制备方法 |
| CN108147399A (zh) * | 2017-12-29 | 2018-06-12 | 苏州南尔材料科技有限公司 | 一种三维石墨烯氧化镍传感器材料的制备方法 |
| CN108160051A (zh) * | 2018-01-18 | 2018-06-15 | 南京工业大学 | 一种海藻酸钙气凝胶材料的制备方法 |
| CN108816291A (zh) * | 2018-05-14 | 2018-11-16 | 福建农林大学 | 一种藻酸盐基复合光催化气凝胶材料及其制备方法 |
-
2019
- 2019-04-15 CN CN201910301365.0A patent/CN109851284A/zh active Pending
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20140340818A1 (en) * | 2011-11-10 | 2014-11-20 | The Regent Of The University Of Colorado A Body Corporate | Supercapacitor Devices Having Composite Electrodes Formed By Depositing Metal Oxide Pseudocapacitor Materials Onto Carbon Substrates |
| CN103413689A (zh) * | 2013-07-19 | 2013-11-27 | 北京科技大学 | 制备石墨烯气凝胶及石墨烯/金属氧化物气凝胶的方法 |
| CN107140717A (zh) * | 2017-05-19 | 2017-09-08 | 湘潭大学 | 一种石墨烯/NiO纳米复合气凝胶电容脱盐电极及其制备方法 |
| CN108147399A (zh) * | 2017-12-29 | 2018-06-12 | 苏州南尔材料科技有限公司 | 一种三维石墨烯氧化镍传感器材料的制备方法 |
| CN108160051A (zh) * | 2018-01-18 | 2018-06-15 | 南京工业大学 | 一种海藻酸钙气凝胶材料的制备方法 |
| CN108816291A (zh) * | 2018-05-14 | 2018-11-16 | 福建农林大学 | 一种藻酸盐基复合光催化气凝胶材料及其制备方法 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| 国家知识产权局专利局专利审查协作江苏中心: "《热点专利技术分析与运用 第3辑》", 30 September 2017, 知识产权出版社 * |
| 张玉龙等: "《纳米技术与纳米塑料》", 31 January 2002, 中国轻工业出版社 * |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112366326A (zh) * | 2020-10-22 | 2021-02-12 | 广东省科学院稀有金属研究所 | 一种碳包覆镍气凝胶材料的制备方法及应用 |
| CN112366326B (zh) * | 2020-10-22 | 2021-09-14 | 广东省科学院稀有金属研究所 | 一种碳包覆镍气凝胶材料的制备方法及应用 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN108329051B (zh) | 一种超高孔隙率和低坯体收缩率Y2SiO5多孔陶瓷的制备方法 | |
| CN109573965A (zh) | 一种羟基改性氮化硼纳米片分散液的制备方法 | |
| CN109233741A (zh) | 一种三维碳网络负载铁酸钴纳米颗粒复合吸波剂的制备方法 | |
| CN109054742B (zh) | Fe-Co-RGO复合吸波材料及其制备方法 | |
| CN104926313A (zh) | 一种高热导率反应烧结碳化硅陶瓷材料及其制备方法 | |
| CN108686697A (zh) | 一种藻酸盐基复合氮化碳光催化气凝胶材料及其制备方法与应用 | |
| CN112645729B (zh) | 具有介孔结构的耐高温氧化锆复合隔热材料及其制备方法 | |
| CN109705809A (zh) | 一种三维多孔碳复合吸波材料及其制备方法 | |
| CN113511890B (zh) | 一种基于发泡法的焦磷酸锆多孔陶瓷材料及其制备方法 | |
| CN110937920A (zh) | 一种超轻高强钙长石多孔陶瓷及其制备方法 | |
| CN114832741B (zh) | 导热吸波复合气凝胶的制备方法及导热吸波复合气凝胶 | |
| CN112408356B (zh) | 一种以酵母菌作为造孔剂的多孔碳微波吸收剂的制备方法 | |
| CN111138206A (zh) | 一种非晶碳修饰SiC纳米线连续三维网络结构吸波泡沫及其制备方法 | |
| Li et al. | The preparation and properties of high-strength porous mullite ceramics by a novel non-toxic gelcasting process | |
| CN110862265A (zh) | 一种莫来石晶须增强钙长石多孔陶瓷及其原位合成制备方法以及隔热瓦 | |
| CN109265133A (zh) | 一种利用改性粉煤灰制备保温砖的方法 | |
| CN113929964A (zh) | 一种5g波段气凝胶与聚合物互穿吸波材料的制备方法 | |
| CN110461137B (zh) | 一种三维泡沫型复合吸波材料及其制备方法 | |
| CN108249924B (zh) | 一种碳化硅陶瓷及其制备方法和Al-SiC复合材料 | |
| CN109851284A (zh) | 多元复合气凝胶材料及其制备与其在电磁波吸收中的应用 | |
| CN114655957A (zh) | 一种具有珊瑚石结构的磁性MXene吸波复合材料及制备方法 | |
| CN111606727B (zh) | 高温透波隔热一体化纤维增强γ-(Y1-xHox)2Si2O7多孔固溶体及制备方法 | |
| CN108640661A (zh) | 一种多孔氧化物陶瓷的制备方法 | |
| CN102617182B (zh) | 一种多级孔结构稀土锆酸盐多孔陶瓷及其制备方法 | |
| CN109851998A (zh) | 一种环氧树脂/石墨烯/氮化硼复合气凝胶及其制备方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20190607 |