CN110642296B - 一种石墨烯包覆二氧化锰复合吸波剂的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种石墨烯包覆二氧化锰复合吸波剂的制备方法，属于电磁吸波材料技术领域，解决异相材料结合力弱、复合界面性能差、二次团聚严重的技术问题，具体制备过程包括：S1、称取硫酸锰和过硫酸铵；S2、将硫酸锰匀速缓慢地加入氧化石墨烯水溶液中，同时进行磁力搅拌，制得凝胶；S3、将过硫酸铵匀速缓慢地加入制得的凝胶中，同时磁力搅拌；S4、将混合溶液进行水热处理；S5、分离反应产物，用去离子水洗涤至中性，冻干，制得石墨烯包覆二氧化锰复合吸波剂。本发明使两组元之间以化学键的方式紧密复合，既发挥了二氧化锰对入射电磁波的介电损耗性能，又结合了还原石墨烯对入射电磁波的多重散射性能，制备工艺简单，易于实现工业化。

Description

一种石墨烯包覆二氧化锰复合吸波剂的制备方法
技术领域
本发明属于电磁吸波材料技术领域，涉及材料科学和化学合成制备的交叉技术领域，具体涉及的是一种用于电磁波吸收的石墨烯包覆二氧化锰复合吸波剂的制备方法。
背景技术
当前社会，电磁污染已成为继水污染、大气污染、噪声污染之后的又一大污染，不仅对人体健康产生威胁，还会干扰其他电子设备正常运行，对个人、企业乃至国家的信息安全带来严重威胁。电磁波吸收是防止电磁污染的有效途径之一。在电磁波吸收材料中，吸波剂是关键所在，直接决定材料的吸波性能。此外，随着电子信息技术的高速发展，对吸波材料的需求也越来越高，开发具有厚度薄、频带宽、质量轻、吸收强的新型吸波剂成为新一代电磁材料的发展方向。在新型吸波剂的研究中，利用不同吸波剂之间的复合效应，改善其吸波性能是近年来吸波材料研究和发展的重点。
石墨烯具有优良的导电性、热稳定性好、电子迁移率高、低密度的优点，被认为是一种颇具发展前景的吸波材料。但是单纯应用石墨烯作为吸波剂的效能并不理想，通常需要将其与金属氧化物等进行复合，进而提高阻抗匹配特性。[1]石墨烯负载四氧化三铁纳米颗粒复合吸波剂的制备方法，申请号：201710842513.0，公开号：CN107779172A，师春生，刘振楠，赵乃勤，等。[2]一种金属氧化物石墨烯复合吸波材料的制备方法，申请号：201810176395.9，公开号：CN108483519A，张玲，董建国，马骏。通常所获得的复合材料为石墨烯担载/负载金属氧化物，或者以静电层层自组装的方式复合，存在异相材料结合力弱、复合界面性能差、二次团聚严重等问题。因此，迫切需要发明一种石墨烯紧密包覆金属氧化物复合材料，充分发挥二维石墨烯本征特性及金属氧化物的电磁损耗优势的同时，制备出分散性能良好、复合界面优异的石墨烯包覆金属氧化物复合吸波剂。
发明内容
为了克服现有技术中的不足，解决异相材料结合力弱、复合界面性能差、二次团聚严重的技术问题，本发明提供一种石墨烯包覆二氧化锰复合吸波剂的制备方法。
本发明通过以下技术方案予以实现：
一种石墨烯包覆二氧化锰复合吸波剂的制备方法，包括以下步骤：
S1、分别称取一定质量的硫酸锰和过硫酸铵，其中硫酸锰和过硫酸铵的摩尔比为0.1~10:1，留待后步使用；
S2、将步骤S1称取的硫酸锰匀速缓慢地加入浓度为0.5~10mg/mL的氧化石墨烯水溶液中，同时进行磁力搅拌，搅拌时间为30min~2h，制成凝胶，留待后步使用；
S3、将步骤S1称取的过硫酸铵匀速缓慢地加入步骤S2制备的凝胶中，同时进行磁力搅拌，搅拌时间为10min~2h，制得混合溶液，留待后步使用；
S4、将步骤S3制得的混合溶液进行水热处理，加热温度为100~200℃，时间为0.5~24h；
S5、从步骤S4水热处理后的混合溶液中分离出反应产物，用去离子水洗涤至中性，冻干，制得石墨烯包覆二氧化锰复合吸波剂。
进一步地，在所述步骤S2中，硫酸锰的加料时间为3~30min。
进一步地，在所述步骤S2中，所述氧化石墨烯水溶液是将Hummers方法制备的氧化石墨经过超声剥离后获得。
进一步地，在所述步骤S3中，过硫酸铵的加料时间为3~30min。
与现有技术相比本发明的有益效果为：
（1）、可以在短时间内获得分子水平的均匀性，在形成凝胶的同时，反应物之间可在分子水平上形成化学键合；
（2）、通过一步复合方法，在二氧化锰结晶成核、生长、熟化的同时，实现对氧化石墨烯的弱还原，既充分发挥了石墨烯的二维特性，又保留了部分含氧官能团和残余缺陷，综合提升了阻抗匹配特性；
（3）、所制备的材料为石墨烯紧密包覆二氧化锰复合吸波剂，两组元之间形成稳定的化学键合，即在二氧化锰表面形成均匀包覆的碳层。
本发明所制备的石墨烯包覆二氧化锰复合吸波剂是一种分散性能良好、复合界面优异、阻抗匹配性能得到优化的新型吸波剂，有望推动电磁屏蔽及防护领域的技术发展。
附图说明
图1为实施例6制得的石墨烯包覆二氧化锰复合吸波剂的电子扫描图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细描述，本实施例只用于对本发明进行进一步的说明，不能理解为对本发明的保护范围的限制，本领域的技术人员根据以上描述对本发明的内容做出一些非本质的改进和调整，均属于本发明的保护范围。
实施例1
一种石墨烯包覆二氧化锰复合吸波剂的制备方法，包括以下步骤：
S1、分别称取一定质量的硫酸锰和过硫酸铵，其中硫酸锰和过硫酸铵的摩尔比为0.1:1，留待后步使用；
S2、将步骤S1称取的硫酸锰匀速缓慢地加入浓度为3mg/mL的氧化石墨烯水溶液中，加料时间为3 min，同时进行磁力搅拌，搅拌时间为30min，制成凝胶，留待后步使用；
S3、将步骤S1称取的过硫酸铵匀速缓慢地加入步骤S2制备的凝胶中，加料时间为15 min，同时进行磁力搅拌，搅拌时间为1h，制得混合溶液，留待后步使用；
S4、将步骤S3制得的混合溶液进行水热处理，加热温度为100℃，时间为10h；
S5、从步骤S4水热处理后的混合溶液中分离出反应产物，用去离子水洗涤至中性，冻干，制得石墨烯包覆二氧化锰复合吸波剂。
实施例2
一种石墨烯包覆二氧化锰复合吸波剂的制备方法，包括以下步骤：
S1、分别称取一定质量的硫酸锰和过硫酸铵，其中硫酸锰和过硫酸铵的摩尔比为10:1，留待后步使用；
S2、将步骤S1称取的硫酸锰匀速缓慢地加入浓度为0.5mg/mL的氧化石墨烯水溶液中，加料时间为5 min，同时进行磁力搅拌，搅拌时间为50min，制成凝胶，留待后步使用；
S3、将步骤S1称取的过硫酸铵匀速缓慢地加入步骤S2制备的凝胶中，加料时间为25 min，同时进行磁力搅拌，搅拌时间为30min，制得混合溶液，留待后步使用；
S4、将步骤S3制得的混合溶液进行水热处理，加热温度为120℃，时间为20h；
S5、从步骤S4水热处理后的混合溶液中分离出反应产物，用去离子水洗涤至中性，冻干，制得石墨烯包覆二氧化锰复合吸波剂。
实施例3
一种石墨烯包覆二氧化锰复合吸波剂的制备方法，包括以下步骤：
S1、分别称取一定质量的硫酸锰和过硫酸铵，其中硫酸锰和过硫酸铵的摩尔比为6:1，留待后步使用；
S2、将步骤S1称取的硫酸锰匀速缓慢地加入浓度为10mg/mL的氧化石墨烯水溶液中，加料时间为30 min，同时进行磁力搅拌，搅拌时间为1h，制成凝胶，留待后步使用；
S3、将步骤S1称取的过硫酸铵匀速缓慢地加入步骤S2制备的凝胶中，加料时间为10 min，同时进行磁力搅拌，搅拌时间为1.2h，制得混合溶液，留待后步使用；
S4、将步骤S3制得的混合溶液进行水热处理，加热温度为200℃，时间为1h；
S5、从步骤S4水热处理后的混合溶液中分离出反应产物，用去离子水洗涤至中性，冻干，制得石墨烯包覆二氧化锰复合吸波剂。
实施例4
一种石墨烯包覆二氧化锰复合吸波剂的制备方法，包括以下步骤：
S1、分别称取一定质量的硫酸锰和过硫酸铵，其中硫酸锰和过硫酸铵的摩尔比为2:1，留待后步使用；
S2、将步骤S1称取的硫酸锰匀速缓慢地加入浓度为1mg/mL的氧化石墨烯水溶液中，加料时间为10 min，同时进行磁力搅拌，搅拌时间为2h，制成凝胶，留待后步使用；
S3、将步骤S1称取的过硫酸铵匀速缓慢地加入步骤S2制备的凝胶中，加料时间为3min，同时进行磁力搅拌，搅拌时间为10min，制得混合溶液，留待后步使用；
S4、将步骤S3制得的混合溶液进行水热处理，加热温度为180℃，时间为0.5h；
S5、从步骤S4水热处理后的混合溶液中分离出反应产物，用去离子水洗涤至中性，冻干，制得石墨烯包覆二氧化锰复合吸波剂。
实施例5
一种石墨烯包覆二氧化锰复合吸波剂的制备方法，包括以下步骤：
S1、分别称取一定质量的硫酸锰和过硫酸铵，其中硫酸锰和过硫酸铵的摩尔比为9:1，留待后步使用；
S2、将步骤S1称取的硫酸锰匀速缓慢地加入浓度为8mg/mL的氧化石墨烯水溶液中，加料时间为20 min，同时进行磁力搅拌，搅拌时间为1.5h，制成凝胶，留待后步使用；
S3、将步骤S1称取的过硫酸铵匀速缓慢地加入步骤S2制备的凝胶中，加料时间为30min，同时进行磁力搅拌，搅拌时间为50min，制得混合溶液，留待后步使用；
S4、将步骤S3制得的混合溶液进行水热处理，加热温度为150℃，时间为24h；
S5、从步骤S4水热处理后的混合溶液中分离出反应产物，用去离子水洗涤至中性，冻干，制得石墨烯包覆二氧化锰复合吸波剂。
实施例6
一种石墨烯包覆二氧化锰复合吸波剂的制备方法，包括以下步骤：
S1、分别称取一定质量的硫酸锰和过硫酸铵，其中硫酸锰和过硫酸铵的摩尔比为1:1，留待后步使用；
S2、将步骤S1称取的硫酸锰匀速缓慢地加入浓度为5mg/mL的氧化石墨烯水溶液中，加料时间为4min，同时进行磁力搅拌，搅拌时间为1.2h，制成凝胶，留待后步使用；
S3、将步骤S1称取的过硫酸铵匀速缓慢地加入步骤S2制备的凝胶中，加料时间为5min，同时进行磁力搅拌，搅拌时间为2h，制得混合溶液，留待后步使用；
S4、将步骤S3制得的混合溶液进行水热处理，加热温度为105℃，时间为2h；
S5、从步骤S4水热处理后的混合溶液中分离出反应产物，用去离子水洗涤至中性，冻干，制得石墨烯包覆二氧化锰复合吸波剂，其微观形貌如图1所示，在二氧化锰纳米棒的外表均匀包覆了石墨烯碳层，且两者之间结合紧密，为化学复合。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (4)

1.一种石墨烯包覆二氧化锰复合吸波剂的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
S1、分别称取一定质量的硫酸锰和过硫酸铵，其中硫酸锰和过硫酸铵的摩尔比为0.1~10:1，留待后步使用；
S2、将步骤S1称取的硫酸锰匀速缓慢地加入浓度为0.5~10mg/mL的氧化石墨烯水溶液中，同时进行磁力搅拌，搅拌时间为30min~2h，制成凝胶，留待后步使用；
S3、将步骤S1称取的过硫酸铵匀速缓慢地加入步骤S2制备的凝胶中，同时进行磁力搅拌，搅拌时间为10min~2h，制得混合溶液，留待后步使用；
S4、将步骤S3制得的混合溶液进行水热处理，加热温度为100~200℃，时间为0.5~24h；
S5、从步骤S4水热处理后的混合溶液中分离出反应产物，用去离子水洗涤至中性，冻干，制得石墨烯包覆二氧化锰复合吸波剂。
2.根据权利要求1所述的一种石墨烯包覆二氧化锰复合吸波剂的制备方法，其特征在于：在所述步骤S2中，硫酸锰的加料时间为3~30min。
3.根据权利要求1所述的一种石墨烯包覆二氧化锰复合吸波剂的制备方法，其特征在于：在所述步骤S2中，所述氧化石墨烯水溶液是将Hummers方法制备的氧化石墨经过超声剥离后获得。
4.根据权利要求1所述的一种石墨烯包覆二氧化锰复合吸波剂的制备方法，其特征在于：在所述步骤S3中，过硫酸铵的加料时间为3~30min。
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