CN111613901A - 一种石墨烯/金属氧化物/金属三元纳米复合磁性材料及其制备方法 - Google Patents
一种石墨烯/金属氧化物/金属三元纳米复合磁性材料及其制备方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种石墨烯/金属氧化物/金属三元纳米复合磁性材料的制备方法。本发明首先将预处理后的氧化石墨烯和金属盐经过水热反应得到石墨烯/磁性材料中间产物,然后经过退火处理最终制得本发明所述的石墨烯/金属氧化物/金属三元纳米复合磁性材料。本发明提供的制备方法简单、高效,通过退火处理提高了石墨烯/金属氧化物/金属三元纳米复合磁性材料的阻抗匹配性,使得材料具有优异的吸波性能。
Description
技术领域
本发明涉及吸波材料领域,具体涉及一种石墨烯/金属氧化物/金属三元纳米复合磁性材料的制备方法。
背景技术
石墨烯是一种由碳原子以sp2杂化轨道组成六角型呈蜂巢晶格的二维碳纳米材料。石墨烯具有优异的光学、电学、力学性能,在材料学、微纳加工、能源、生物医学和药物传递等方面展现了广阔的应用前景。石墨烯传统的制备方法包括机械剥离法、氧化还原法、SiC外延生长法和化学气相沉积法。用化学气相沉积法制备石墨烯虽然能得到高质量的石墨烯,但其生产速度较慢且不适合大规模生产,而机械剥离和SiC外延生长的方法同样因收率低、效率慢等缺点而不适合大规模生产。
氧化还原法制备的石墨烯表面存在着一定数量的未被移除的含氧官能团,有利于石墨烯对电磁波的吸收损耗。一般来说,还原得到的石墨烯对电磁波的吸收主要是通过介电损耗机制来实现的,为改善其吸波性能,常需要将具有磁损耗特性的材料引入到石墨烯表面来提高其磁导率,改善其阻抗匹配特性。在现有已报道的研究中,磁性粒子通常是在石墨烯表面的缺陷处负载,因此石墨烯的介电性能难以提高,影响了材料的阻抗匹配性。此外,石墨烯的制备过程和磁性材料的负载常常是分开的,可能会造成后期应用的成本提高。
发明内容
基于以上技术背景,本发明人采用水热法对金属盐和氧化石墨烯进行高温高压处理,分离得到的中间产物再进一步退火处理,制得石墨烯/金属氧化物/金属三元纳米复合磁性材料。引入的磁性物质在石墨烯表面分布均匀,改善了材料的阻抗匹配特性,因此得到的石墨烯/金属氧化物/金属三元纳米复合磁性材料具有优异的吸波性能,该制备方法工艺简单高效。
本发明的第一方面在于提供一种石墨烯/金属氧化物/金属三元纳米复合磁性材料,该材料由氧化石墨烯和金属盐通过水热法制得;
其中,所述金属盐选自含铁、钴、镍的有机盐和无机盐中的一种或几种;
所述金属盐和氧化石墨烯的质量比为(3~15):1。
本发明的第二方面在于提供本发明第一方面所述的石墨烯/金属氧化物/金属三元纳米复合磁性材料的制备方法,该制备方法包括以下步骤:
步骤1、将经过预处理的氧化石墨烯、金属盐、乙酸钠和聚乙二醇进行水热反应;
其中,所述金属盐选自含铁、钴、镍的有机盐和无机盐;
所述金属盐和氧化石墨烯的质量比为(3~15):1
步骤2、将步骤1中获得的产物进行分离和洗涤,得到石墨烯/金属氧化物/金属三元纳米复合磁性材料中间产物;
步骤3、将石墨烯/金属氧化物/金属三元纳米复合磁性材料初产物进行退火处理,制得最终产物。
本发明提供的制备方法及由此制备的复合材料具有以下优势:
(1)本发明所述的石墨烯/金属氧化物/金属三元纳米复合磁性材料的制备方法简单,制备效率高;
(2)本发明所述的石墨烯/金属氧化物/金属三元纳米复合磁性材料中磁性材料在石墨烯表面分布均匀;
(3)本发明所述的石墨烯/金属氧化物/金属三元纳米复合磁性材料具有优异的吸波性能。
附图说明
图1示出不同退火温度下的rGO-Fe3O4的XRD图谱;
图2示出不同退火温度下的rGO-Fe3O4磁滞回归线;
图3-a示出600℃退火温度rGO-Fe3O4的扫描电镜照片;
图3-b示出600℃退火温度rGO-Fe3O4的透射电镜照片;
图4-a示出800℃退火温度rGO-Fe3O4的扫描电镜照片;
图4-b示出800℃退火温度rGO-Fe3O4的透射电镜照片;
图5-a示出1000℃退火温度rGO-Fe3O4的扫描电镜照片;
图5-b示出1000℃退火温度rGO-Fe3O4的透射电镜照片;
图6示出未退火的rGO-Fe3O4的透射电镜照片;
图7示出1000℃退火温度rGO-Fe3O4的立方晶型的高分辨照片;
图8示出600℃退火温度rGO-Fe3O4的反射损耗和频率变化图;
图9示出800℃退火温度rGO-Fe3O4的反射损耗和频率变化图;
图10示出1000℃退火温度rGO-Fe3O4的反射损耗和频率变化图。
具体实施方式
下面将对本发明进行详细说明,本发明的特点和优点将随着这些说明而变得更为清楚、明确。
本发明的第一方面在于提供一种石墨烯/金属氧化物/金属三元纳米复合磁性材料,该石墨烯/金属氧化物/金属三元纳米复合磁性材料由氧化石墨烯和金属盐通过水热法制得。
石墨烯对电磁波的吸收损耗主要是通过介电损耗机制实现的。由于其磁损耗较低,因此为提高其吸波性能,需要在石墨烯表面引入磁性材料。在现有方法中,将磁性材料引入石墨烯表面的过程常常是分开进行的,这不仅使制备过程复杂化、耗时长、制备效率低,还会导致磁性材料在石墨烯表面分布不均匀。此外,磁性纳米粒子通常是在石墨烯表面的缺陷处负载,这就要求石墨烯具有较多的缺陷位点,而缺陷位点的存在会降低复合材料的介电常数。这些因素都会导致制备的石墨烯基磁性纳米复合材料的阻抗匹配性和吸波性能较差。因此,在本发明中采用一步法,将石墨烯的制备过程和磁性材料的引入同步进行,以期磁性材料在石墨烯表面分布更均匀。同时,采用退火处理将石墨烯残留的缺陷进一步还原,提高材料的介电常数。
在本发明中,所述金属盐选自含铁、钴、镍的有机盐和无机盐中的一种或几种;所述金属盐在水热反应后都具有较好的磁性能,可提升石墨烯基磁性纳米复合材料的吸波性能。
优选地,所述金属盐选自含铁的有机盐和无机盐中的一种或几种。
更优选地,所述金属盐为FeCl3·6H2O。
所述金属盐和氧化石墨烯的质量比为(3~15):1。优选地,所述金属盐和氧化石墨烯的质量比为(5~12):1。更优选为,所述金属盐和氧化石墨烯的质量比为(7~10):1。
所述金属盐均匀的分布在石墨烯表面,该石墨烯/金属氧化物/金属三元纳米复合磁性材料具有优异的吸波性能,特别是经1000℃高温退火处理后,样品饱和磁化强度最大,其反射损耗值为(-14~-41.2)dB,吸收带宽为(1~5)GHz。
在本发明中,如制备本发明所述的石墨烯/金属氧化物/金属三元纳米复合磁性材料,其由包括以下步骤的方法制备:
步骤1、将经过预处理的氧化石墨烯、金属盐、乙酸钠和聚乙二醇进行水热反应;
步骤2、将步骤1中获得的产物进行分离和洗涤,得到石墨烯/金属氧化物/金属三元纳米复合磁性材料中间产物;
步骤3、将石墨烯/金属氧化物/金属三元纳米复合磁性材料中间产物进行退火处理,制得最终产物。
所述预处理包括将氧化石墨烯加入乙二醇中进行破碎分散;
所述水热反应温度为150~250℃,优选为170~230℃,更优选为190~210℃,例如200℃。
所述加热时间为5~20h,优选为8~17h,更优选为10~15h,例如12h。
待水热釜冷却至室温,将反应后的液体倒入烧杯中;
将与上清液分离的材料进行清洗,优选为用超纯水和无水乙醇进行清洗;
最后经冷冻干燥,得到石墨烯/金属氧化物/金属三元纳米复合磁性材料中间产物。
所述退火温度为500~1400℃,优选为600~1300℃,更优选为800~1100℃,例如1000℃。
退火时间为1~4h,优选为1.5~3h,更优选为2h。
本发明的第二方面在于提供本发明第一方面所述的石墨烯/金属氧化物/金属三元纳米复合磁性材料的制备方法,该制备方法包括以下步骤:
步骤1、将经过预处理的氧化石墨烯、金属盐、乙酸钠和聚乙二醇进行水热反应;
本发明中,在制备之前,需将氧化石墨烯进行预处理,所述预处理包括将氧化石墨烯加入乙二醇中进行破碎分散;乙二醇作为溶剂,使氧化石墨烯均匀的分散在其中。在乙二醇中分散均匀的氧化石墨烯在后期反应过程中可以和金属盐以及其它添加剂分散的更加均匀,更有利于反应的进行。
所述金属盐选自含铁、钴、镍的有机盐和无机盐中的一种或几种;所述金属盐在水热反应后都具有较好的磁性能,可提升石墨烯/金属氧化物/金属三元纳米复合磁性材料的吸波性能。
优选地,所述金属盐选自含铁的有机盐和无机盐中的一种或几种。
更优选地,所述金属盐为FeCl3·6H2O。
将经过预处理的氧化石墨烯、金属盐、乙酸钠和聚乙二醇称量并进行反应;在本发明中所述乙酸钠为整个反应提供碱性环境,反应中Fe的二价以及三价离子与乙酸钠水解产生的OH-反应,生成氢氧化亚铁和氢氧化铁,这两个物质不稳定,在200℃下变为四氧化三铁。聚乙二醇作为一种表面活性剂,用于修饰四氧化三铁为球状,有效避免了团聚问题。
所述金属盐、乙酸钠、聚乙二醇和氧化石墨烯按照以下质量比进行称量添加:金属盐、乙酸钠、聚乙二醇和氧化石墨烯的添加质量比为:(3~15):(5~15):(12~25):1;
优选地,所述金属盐、乙酸钠、聚乙二醇和氧化石墨烯的添加质量比为:(5~12):(7~10):(15~20):1;
更优选地,所述金属盐、乙酸钠和聚乙二醇和氧化石墨烯的添加质量比为:(7~10):(8~9):(17~19):1。
例如,金属盐、乙酸钠、聚乙二醇和氧化石墨烯的添加质量比为:8:8:18:1。金属盐的添加量会直接影响所制得石墨烯/金属氧化物/金属三元纳米复合磁性材料的吸波性能,金属盐添加量太少,负载在石墨烯表面的磁性物质较少,而石墨烯本身并没有磁性,从而影响制得石墨烯/金属氧化物/金属三元纳米复合磁性材料吸波性能的提高;若金属盐的添加量太多,负载在石墨烯表面的磁性物质则容易产生团聚,同样不利于石墨烯/金属氧化物/金属三元纳米复合磁性材料吸波性能的提高。
所述反应在水热釜中进行,将称量好的上述物质加入水热釜中进行升温,然后进行反应。
在实验过程中发现,反应温度和时间直接影响材料的吸波性能。反应温度越高、氧化石墨烯被还原的程度越高,同时生成的磁性纳米粒子的粒径变小,数量变多;反应时间越长,纳米粒子的粒径变大,纳米粒子过大、过多都会导致粒子的团聚,进而造成材料磁损耗和吸波性能的下降。
因此,在本发明中,所述反应温度为150~250℃,优选为170~230℃,更优选为190~210℃,例如200℃。
所述加热时间为5~20h,优选为8~17h,更优选为10~15h,例如12h。
步骤2、将步骤1中获得的产物进行分离和洗涤,得到石墨烯/金属氧化物/金属三元纳米复合磁性材料中间产物;
反应完毕后,待水热釜冷却至室温,将反应后的液体倒入烧杯中,优选为底部放有磁铁的烧杯。通过在烧杯底部放入磁铁的方法,可使黑色纳米材料吸附在烧杯底部的磁铁上,从而使黑色纳米材料和上清液分离。
将与上清液分离的黑色纳米材料进行清洗,优选为用超纯水和无水乙醇进行清洗,更优选为清洗3次。清洗的目的是除去附着在黑色纳米材料上的其它杂质,避免在后期退火过程中产生其它副反应或生成某些物质,影响最终制得产物的吸波性能。
最后将清洗干净的黑色纳米材料经冷冻干燥制得产物,命名为石墨烯/金属氧化物/金属三元纳米复合磁性材料初产物。
步骤3、将石墨烯/金属氧化物/金属三元纳米复合磁性材料中间产物进行退火处理,制得最终产物。
退火处理是指将材料曝露于高温一段很长时间后,然后再慢慢冷却的热处理制程,主要目的是还原产物晶格缺陷、产生特殊显微结构等。
在本发明中,通过高温退火处理,使磁性材料转变为其他晶型或化合物,使磁性能进一步提高,从而提高最终制得石墨烯/金属氧化物/金属三元纳米复合磁性材料的吸波性能。
同时,退火处理还会使未还原的氧化石墨烯进一步还原成为石墨烯,温度越高氧化石墨烯还原越充分。
将步骤2制得的石墨烯/金属氧化物/金属三元纳米复合磁性材料中间产物放入管式炉中进行退火处理,所述退火处理在管式炉中惰性气氛下进行,优选为在氮气或氩气气氛下进行,更优选为在氩气气氛保护下进行。
本发明中,所述退火温度为500~1400℃,优选为600~1300℃,更优选为800~1100℃,例如1000℃。
退火温度会直接影响氧化石墨烯的还原程度及磁性材料的转变,若退火温度过低,氧化石墨烯还原不充分,磁性材料未进行转变,则最终制得的石墨烯/金属氧化物/金属三元纳米复合磁性材料性能未得到显著提高,若退火温度过高,则会破坏石墨烯的表面结构,造成石墨烯的大量破损,也会影响制得石墨烯/金属氧化物/金属三元纳米复合磁性材料的最终性能。经1000℃退火处理的石墨烯表面会出现少量破损,少量破损的石墨烯可以在不影响介电常数的前提下提供介电损耗和涡流损耗,有利于复合材料吸波性能的提高。
所述退火时间为1~4h,优选为1.5~3h,更优选为2h;
在本发明中,若退火时间过长,石墨烯表面会出现大量破损,若退火时间过短,则磁性物质转变不充分,影响磁性能的进一步提升,且氧化石墨烯还原不充分,影响导致最终制得材料的吸波等性能下降。
所述升温速率为3~7℃/min,优选为4~6℃/min,更优选为5℃/min;若升温速率过快则会导致材料中氧化石墨烯和磁性纳米粒子的内部晶格变化过快,氧化石墨烯的缺陷和磁性纳米粒子中氧化物转化的不够彻底,影响制得的材料的吸波性能,而升温速率过慢,则会影响反应进程。
本发明所述的制备方法制得的石墨烯/金属氧化物/金属三元纳米复合磁性材料,其可应用于飞机、坦克、舰船、导弹的雷达隐身,也可用于通讯、电子等设备中电子元件的电磁屏蔽。
本发明所具有的有益效果:
(1)本发明所述的石墨烯/金属氧化物/金属三元纳米复合磁性材料的制备方法简单,制备效率高,适用于大规模生产;
(2)本发明所述的石墨烯/金属氧化物/金属三元纳米复合磁性材料中磁性材料颗粒结晶完善(晶格明显),且在石墨烯表面分布均匀;
(3)本发明所述的石墨烯/金属氧化物/金属三元纳米复合磁性材料经退火处理后,磁性能提升,特别是经过1000℃退火处理后,Fe3O4转变为立方晶型的Fe纳米粒子,石墨烯表面出现少量破损,破损的石墨烯提供的介电损耗和涡旋损耗,以及Fe纳米粒子提供的磁损耗,两者结合在一起提供了协同损耗,阻抗匹配得到优化以及四种损耗机制的共存使吸波性能能进一步提升;
(4)本发明所述的石墨烯/金属氧化物/金属三元纳米复合磁性材料经退火处理后,吸波性能提高,特别是经过1000℃退火后,其反射损耗最大值达到-41.2dB,且吸收带宽较宽,吸收带宽为2.2GHz,呈现出优异的吸波性能。
实施例
以下通过具体实例进一步阐述本发明,这些实施例仅限于说明本发明,而不用于限制本发明范围。
实施例1
将2.4g FeCl3·6H2O和2.4g CH3COONa以及5.4g的聚乙二醇加入聚四氟乙烯内衬水热釜中。再向水热釜中加入30mL经乙二醇破碎的氧化石墨烯,其中氧化石墨烯的量为300mg,而后将水热釜置于200℃的烘箱中加热12h。待水热釜冷却至室温,将反应后的液体倒入底部放有磁铁的烧杯中,磁铁吸附黑色纳米材料,使其与上清液分离。最后用超纯水以及无水乙醇分别清洗3次后冷冻干燥制得产物,命名为rGO-Fe3O4。
实施例2
将实施例1制得的rGO-Fe3O4在管式炉中进行退火处理,退火温度为600℃,升温速率5℃/min,退火时间2h,整个退火过程在氩气气氛下进行,退火后的样品命名为rGO-Fe3O4-600。
实施例3
将实施例1制得的rGO-Fe3O4在管式炉中进行退火处理,退火温度为800℃,升温速率5℃/min,退火时间2h,整个退火过程在氩气气氛下进行,退火后的样品命名为rGO-Fe3O4-800。
实施例4
将实施例1制得的rGO-Fe3O4在管式炉中进行退火处理,退火温度为1000℃,升温速率5℃/min,退火时间2h,整个退火过程在氩气气氛下进行,退火后的样品命名为rGO-Fe3O4-1000。
实施例5
将2.4g硝酸镍和2.4g氢氧化钠以及5.4g的聚乙二醇加入聚四氟乙烯内衬水热釜中。再向水热釜中加入30mL经乙二醇破碎的氧化石墨烯,其中氧化石墨烯的量为300mg,而后将水热釜置于200℃的烘箱中加热24h。待水热釜冷却至室温,将反应后的液体倒入底部放有磁铁的烧杯中,磁铁吸附黑色纳米材料,使其与上清液分离。最后用超纯水以及无水乙醇分别清洗3次后冷冻干燥制得产物,命名为rGO-NiO。
实验例
实验例1 XRD测试
分别对实施例1、实施例2、实施例3、实施例4及Fe3O4进行XRD性能测试,结果如图1所示。
由图1可以看出,可以看出rGO-Fe3O4-600样品特征峰和未退火的样品的特征峰一致,且均为Fe3O4的特征峰;rGO-Fe3O4-800样品除了有Fe3O4的特征峰外,还有Fe2O3的特征峰;rGO-Fe3O4-1000样品XRD谱图发生了明显变化,与标准PDF卡片对照晶型为立方晶型的Fe纳米粒子。
实验例2磁性能测试
分别对实施例1、实施例2、实施例3和实施例4制得的样品进行磁性能测试,结果如图2所示。
从图2的磁滞回线图中可以看出,rGO-Fe3O4-600和rGO-Fe3O4样品具有几近相同的饱和磁化强度;rGO-Fe3O4-800的样品饱和磁化强度有所下降,这是因为在800℃退火处理后Fe3O4有一部分转变为了Fe2O3,Fe2O3磁性能较差。rGO-Fe3O4-1000退火的样品饱和磁化强度最大,Fe3O4转变为立方晶形Fe纳米粒子。
实验例3扫描电镜测试
分别对实施例1、实施例2、实施例3和实施例4制得的样品进行扫描电镜测试,结果如图3-a、图3-b、图4-a、图4-b、图5-a、图5-b、图6和图7所示。
从图3-a为rGO-Fe3O4-600样品的扫描电镜照片,从图3-a中可以看出,Fe3O4颗粒分布在rGO上,与图6相比(图6为rGO-Fe3O4未退火的透射电镜照片)rGO-Fe3O4-600样品无明显变化。
从图4-a(rGO-Fe3O4-800的扫描电镜照片)可以看出,rGO-Fe3O4-800样品颗粒明显变大。
从图5-a(rGO-Fe3O4-1000的扫描电镜照片)可以看出,rGO出现了局部缺陷,部分颗粒嵌入rGO片层中。
图3-b(图3-b为rGO-Fe3O4-600样品的透射电镜照片)中显示Fe3O4颗粒均匀分布在rGO上,与图6对照发现rGO和Fe3O4均无明显的变化。
图4-b为rGO-Fe3O4-800样品的透射电镜照片,图中显示rGO-Fe3O4-800样品颗粒明显变大。
图5-b为rGO-Fe3O4-1000样品的透射电镜照片,从图中可以看出,Fe3O4变为了立方晶形的颗粒,通过图7和XRD谱图(rGO-Fe3O4-1000样品的高分辨透射电镜照片)综合分析,经1000℃退火后,Fe3O4变为了立方晶形的Fe纳米粒子。
实验例4吸波性能测试
对实施例2、实施例3和实施例4制得的样品与石蜡按照4:6进行混合,进行吸波性能测试。结果如图8、图9和图10所示。
由图可以看出,材料测得的反射损耗值小于-10dB时,材料对电磁波的吸收率大于90%,满足吸波材料的使用需求。
图8和图9分别为rGO-Fe3O4-600样品和rGO-Fe3O4-800样品的反射损耗和频率变化图,从图中可以看出,不同厚度样品的反射损耗均大于-10dB,说明经600℃退火和800℃后样品的吸波性能均较差。
图10为rGO-Fe3O4-1000样品的反射损耗和频率变化图,从图中可以看出,rGO-Fe3O4-1000样品在厚度为7.7mm时,反射损耗值达到-41.2dB,且吸收带宽较宽,吸收带宽为2.2GHz,说明经1000℃退火后的rGO-Fe3O4,具有优异的吸波性能。
rGO-Fe3O4-1000样品较rGO-Fe3O4-600样品和rGO-Fe3O4-800样品的磁感应强度增大很多,这是由于退火处理后,Fe3O4向Fe纳米粒子转变,使磁性能进一步提升,同时由上述扫描电镜照片和透射电镜照片可以看出,经1000℃退火处理后rGO出现少量破损,破损的rGO提供介电损耗和涡旋损耗,Fe纳米粒子提供了磁损耗,两者结合在一起提供了协同损耗,阻抗匹配的优化以及在四种损耗机制共存的条件下,最终使制得的复合材料表现出优异的吸波性能。
以上结合具体实施方式和范例性实例对本发明进行了详细说明,不过这些说明并不能理解为对本发明的限制。本领域技术人员理解,在不偏离本发明精神和范围的情况下,可以对本发明技术方案及其实施方式进行多种等价替换、修饰或改进,这些均落入本发明的范围内。本发明的保护范围以所附权利要求为准。
Claims (10)
1.一种石墨烯/金属氧化物/金属三元纳米复合磁性材料,其特征在于,所述石墨烯/金属氧化物/金属三元纳米复合磁性材料由预处理后的氧化石墨烯和金属盐通过水热法制得中间产物后,经退火处理得到。
2.根据权利要求1所述的石墨烯/金属氧化物/金属三元纳米复合磁性材料,其特征在于,
所述金属盐为含铁、钴、镍的有机盐和无机盐中的一种或几种;
所述金属盐和氧化石墨烯的质量比为(3~15):1。
3.根据权利要求1所述的石墨烯/金属氧化物/金属三元纳米复合磁性材料,其特征在于,
所述金属盐为含铁的有机盐和无机盐中的一种或几种;
所述金属盐和氧化石墨烯的质量比为(5~12):1。
4.根据权利要求1所述的石墨烯/金属氧化物/金属三元纳米复合磁性材料,其特征在于,
该石墨烯/金属氧化物/金属三元纳米复合磁性材料经1000℃退火,其反射损耗最大值达到-41.2dB,吸收带宽(反射损耗≤-10dB)为2.2GHz,呈现出优异的吸波性能。
5.如制备权利要求1所述的石墨烯/金属氧化物/金属三元纳米复合磁性材料,其由包括以下步骤的方法制备:
步骤1、将经过预处理的氧化石墨烯、金属盐、乙酸钠和聚乙二醇进行水热反应;
步骤2、将步骤1中获得的产物进行分离和洗涤,得到石墨烯/金属氧化物/金属三元纳米复合磁性材料中间产物;
步骤3、将石墨烯/金属氧化物/金属三元纳米复合磁性材料中间产物进行退火处理,制得最终产物。
6.一种制备石墨烯/金属氧化物/金属三元纳米复合磁性材料的方法,其包括以下步骤:
步骤1、将经过预处理的氧化石墨烯、金属盐、乙酸钠和聚乙二醇进行水热反应;
步骤2、将步骤1中获得的产物进行分离和洗涤,得到石墨烯/金属氧化物/金属三元纳米复合磁性材料中间产物;
步骤3、将石墨烯/金属氧化物/金属三元纳米复合磁性材料中间产物进行退火处理,制得最终产物。
7.根据权利要求6所述的制备方法,其特征在于,在步骤1中,
所述预处理包括将氧化石墨烯加入乙二醇中进行破碎分散;
所述金属盐为含铁、钴、镍的有机盐和无机盐中的一种或几种;
所述金属盐、乙酸钠、聚乙二醇和氧化石墨烯的添加质量比为:(3~15):(5~15):(12~25):1。
8.根据权利要求6所述的制备方法,其特征在于,在步骤1中,
所述反应在水热釜中进行,反应温度为150~250℃;
所述加热时间为5~20h。
9.根据权利要求6所述的制备方法,其特征在于,在步骤2中,
待水热釜冷却至室温,将反应后的液体倒入烧杯中;
将与上清液分离的材料进行清洗,优选为用超纯水和无水乙醇进行清洗;
最后经冷冻干燥,得到石墨烯/金属氧化物/金属三元纳米复合磁性材料中间产物。
10.根据权利要求6所述的制备方法,其特征在于,步骤3中,
所述退火温度为500~1400℃;
所述退火时间为1~4h;
所述升温速率为3~7℃/min;
所述退火在管式炉中氩气气氛下进行。
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN113088252A (zh) * | 2021-04-01 | 2021-07-09 | 安徽理工大学 | 一种铁钴镍合金/碳/石墨烯超薄吸波材料及其制备方法 |
CN113436824A (zh) * | 2021-07-07 | 2021-09-24 | 上海圣石生物医学科技有限公司 | 磁性吸波材料、其制备方法、其应用及保健产品 |
Citations (13)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN101665249A (zh) * | 2009-09-11 | 2010-03-10 | 清华大学 | 一种在片状材料表面制备小直径碳纳米管阵列的方法 |
CN103117389A (zh) * | 2013-01-25 | 2013-05-22 | 浙江大学 | 镍钴氧化物/石墨烯复合材料及其制备方法和应用 |
US20140057097A1 (en) * | 2012-08-22 | 2014-02-27 | National Defense University | Method for fabricating coiled nano carbon material, coiled nano carbon layered substrate and coiled nano carbon material thereof |
KR20150055173A (ko) * | 2013-11-11 | 2015-05-21 | 금오공과대학교 산학협력단 | 열전도성 고분자 복합재료 및 이의 제조방법 |
CN105295832A (zh) * | 2014-07-25 | 2016-02-03 | 南京理工大学 | 一种还原氧化石墨烯/Ni-Co三元复合吸波材料的制备方法 |
CN105883929A (zh) * | 2016-04-26 | 2016-08-24 | 北京师范大学 | 一种铁酸锰-石墨烯复合材料的制备方法 |
CN106531975A (zh) * | 2015-09-10 | 2017-03-22 | 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 | 石墨烯复合材料、其制备方法与其应用 |
CN107418513A (zh) * | 2017-07-21 | 2017-12-01 | 大连理工大学 | 一种石墨烯泡沫负载纳米Fe3O4磁性粒子复合吸波材料及其制备方法 |
CN107626931A (zh) * | 2017-09-12 | 2018-01-26 | 四川大学 | 一种吸收电磁波的钴‑石墨烯复合材料的制备及应用 |
CN109573988A (zh) * | 2018-12-14 | 2019-04-05 | 东华大学 | 一种石墨烯复合气凝胶吸波材料及其制备方法和应用 |
CN109806876A (zh) * | 2018-12-18 | 2019-05-28 | 浙江工业大学 | 一种磁性ZnFe2O4/石墨烯纳米复合光催化剂及其制备方法与应用 |
CN110272719A (zh) * | 2019-06-18 | 2019-09-24 | 同济大学 | 一种石墨烯泡沫/磁性纳米线复合吸波材料的制备方法 |
CN110317572A (zh) * | 2018-03-29 | 2019-10-11 | 山东欧铂新材料有限公司 | 一种常压下制备氧化石墨烯/四氧化三铁复合材料的方法 |
-
2020
- 2020-04-16 CN CN202010301690.XA patent/CN111613901B/zh active Active
Patent Citations (13)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN101665249A (zh) * | 2009-09-11 | 2010-03-10 | 清华大学 | 一种在片状材料表面制备小直径碳纳米管阵列的方法 |
US20140057097A1 (en) * | 2012-08-22 | 2014-02-27 | National Defense University | Method for fabricating coiled nano carbon material, coiled nano carbon layered substrate and coiled nano carbon material thereof |
CN103117389A (zh) * | 2013-01-25 | 2013-05-22 | 浙江大学 | 镍钴氧化物/石墨烯复合材料及其制备方法和应用 |
KR20150055173A (ko) * | 2013-11-11 | 2015-05-21 | 금오공과대학교 산학협력단 | 열전도성 고분자 복합재료 및 이의 제조방법 |
CN105295832A (zh) * | 2014-07-25 | 2016-02-03 | 南京理工大学 | 一种还原氧化石墨烯/Ni-Co三元复合吸波材料的制备方法 |
CN106531975A (zh) * | 2015-09-10 | 2017-03-22 | 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 | 石墨烯复合材料、其制备方法与其应用 |
CN105883929A (zh) * | 2016-04-26 | 2016-08-24 | 北京师范大学 | 一种铁酸锰-石墨烯复合材料的制备方法 |
CN107418513A (zh) * | 2017-07-21 | 2017-12-01 | 大连理工大学 | 一种石墨烯泡沫负载纳米Fe3O4磁性粒子复合吸波材料及其制备方法 |
CN107626931A (zh) * | 2017-09-12 | 2018-01-26 | 四川大学 | 一种吸收电磁波的钴‑石墨烯复合材料的制备及应用 |
CN110317572A (zh) * | 2018-03-29 | 2019-10-11 | 山东欧铂新材料有限公司 | 一种常压下制备氧化石墨烯/四氧化三铁复合材料的方法 |
CN109573988A (zh) * | 2018-12-14 | 2019-04-05 | 东华大学 | 一种石墨烯复合气凝胶吸波材料及其制备方法和应用 |
CN109806876A (zh) * | 2018-12-18 | 2019-05-28 | 浙江工业大学 | 一种磁性ZnFe2O4/石墨烯纳米复合光催化剂及其制备方法与应用 |
CN110272719A (zh) * | 2019-06-18 | 2019-09-24 | 同济大学 | 一种石墨烯泡沫/磁性纳米线复合吸波材料的制备方法 |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
张媛媛: "石墨烯铁氧体复合材料的制备及电磁屏蔽性能的研究", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库》 * |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN113088252A (zh) * | 2021-04-01 | 2021-07-09 | 安徽理工大学 | 一种铁钴镍合金/碳/石墨烯超薄吸波材料及其制备方法 |
CN113436824A (zh) * | 2021-07-07 | 2021-09-24 | 上海圣石生物医学科技有限公司 | 磁性吸波材料、其制备方法、其应用及保健产品 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN111613901B (zh) | 2022-03-01 |
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