一种铁掺杂二氧化锡/还原氧化石墨烯纳米复合吸波材料的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种铁掺杂二氧化锡/还原氧化石墨烯(Fe‑SnO2/RGO)纳米复合吸波材料及其制备方法。以氧化石墨烯(GO)、五水合四氯化锡、九水合硝酸铁为前驱体，通过一步水热反应，制得Fe‑SnO2/RGO二元纳米复合材料。该制备方法绿色环保、无任何有毒害副产物产生、制备工艺简单、成本低廉。制得的二元纳米复合吸波材料具有吸收强度大、双波段(C和Ku波段)吸收、密度低等特点；通过调节复合材料中掺杂Fe

Preparation of Iron Doped Tin Dioxide/Reduced Graphene Oxide Nanocomposite Absorbing Materials

The invention discloses an iron doped tin dioxide/reduced graphene oxide (Fe_SnO 2/RGO) nanocomposite absorbing material and a preparation method thereof. FeSnO 2/RGO binary nanocomposites were prepared by one-step hydrothermal reaction using graphene oxide (GO), tin tetrachloride pentahydrate and ferric nitrate 9 hydrate as precursors. The preparation method has the advantages of environmental protection, no toxic by-products, simple preparation process and low cost. The prepared binary nanocomposite absorbing material has the characteristics of high absorption strength, dual-band (C and Ku bands) absorption and low density, and can be adjusted by doping Fe in the composite material.

【技术实现步骤摘要】
一种铁掺杂二氧化锡/还原氧化石墨烯纳米复合吸波材料的制备方法
本专利技术属于电磁复合材料领域，具体涉及一种还原氧化石墨烯基纳米复合吸波材料的制备方法。技术背景随着电磁干扰和电磁污染问题的日益严重，电磁波吸收材料的开发已经成为功能材料领域的一个研究热点。然而，传统的电磁波吸收材料，如铁氧体、金属微粉和碳化硅等，通常存在吸收频带窄、密度高的缺点，因而限制了它们在实际中的应用。因此，开发“厚度薄、吸收频带宽、质量轻、电磁波吸收强度大”的新型电磁波吸收材料具有重要的应用前景。纳米材料具有量子效应、宏观量子隧道效应、小尺寸效应和界面效应等特性。当纳米粒子的电子能级发生分裂时，能够对电磁波产生较强的吸收。此外，纳米材料的比表面积大，表面原子比例高，在电磁辐射下，高浓度晶界和晶界原子的特殊结构导致原子、电子的自由运动加剧，使得电磁能转化为热能，增强了对电磁波的吸收能力。因此，纳米材料在电磁波吸收领域的应用得到广泛关注。还原氧化石墨烯(RGO)是一种新型的二维碳纳米材料，它一般由天然石墨经过化学氧化—还原法制得。该法制备的RGO片层的表面存在大量的缺陷，并且表面和边缘携带丰富的含氧官能团(-COOH、-OH、-C-O-C-等)，不仅有助于提高RGO的电磁阻抗匹配特性；而且，缺陷对电磁波产生极化弛豫，含氧官能团对电磁波产生电偶极子弛豫，使得RGO与石墨、碳纳米管等相比，具有更强的介电损耗和电磁波吸收能力。因此，RGO在电磁波吸收领域具有重要的应用前景。二氧化锡(SnO2)是一种性能优良的半导体金属化合物，具有良好的化学稳定性和热稳定性，低成本，宽带隙和介电损耗等特性。然而，单一的SnO2用作电磁波吸收材料时存在密度大、吸收频带窄等问题，因此限制其在电磁波吸收领域的应用。为了提高SnO2的电磁波吸收，一方面可以通过磁性金属离子(Fe3+、Co2+、Ni2+等)对其进行掺杂，引入更多的晶格缺陷并提高阻抗匹配特性；另一方面，可以将SnO2与碳纳米材料(石墨烯、碳纳米管、多孔碳)等进行复合，构建碳基纳米复合材料，增强其对电磁波的衰减能力同时降低密度。本专利技术通过简单的一步水热法制备磁性金属离子Fe3+掺杂SnO2/RGO纳米复合吸波材料，通过调节掺杂Fe3+的含量与吸波涂层的厚度可以实现对不同波段的电磁波有效吸收。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种铁掺杂二氧化锡/还原氧化石墨烯(Fe-SnO2/RGO)纳米复合吸波材料及其制备方法，该复合材料不但具有吸收强度大、吸收波段易调控的特点，而且其制备过程简单、绿色环保。本专利技术通过以下技术方案实现：一种铁掺杂二氧化锡/还原氧化石墨烯纳米复合吸波材料，所述的纳米复合吸波材料由RGO片层表面均匀负载纳米尺寸的SnO2粒子组成。一种铁掺杂二氧化锡/还原氧化石墨烯纳米复合吸波材料制备方法，其步骤如下：(1)取1个100mL烧杯，加入30mL去离子水，边搅拌边加入20mg氧化石墨，超声30min，剧烈搅拌2h，配制成浓度为0.67mg/mL的氧化石墨烯(GO)水分散液；(2)分别加入一定质量的五水合四氯化锡(SnCl4·5H2O)和九水合硝酸铁(Fe(NO3)3·9H2O)，剧烈搅拌使其完全溶解。其中，铁离子(Fe3+)占Fe3+和锡离子(Sn4+)的摩尔百分数分别为0mol.％，5mol.％和10mol.％；(3)逐滴滴加氨水将混合分散液的pH调至10，再剧烈搅拌15min；(4)将混合分散液转移至体积为50mL的反应釜中，在160℃下水热反应18h；(5)反应结束后，冷却至室温，反复离心、去离子水洗涤多次使得产物的pH达到中性；(6)将产物转移至真空干燥箱，在55℃下干燥24h，研磨得到最终产物。与现有技术相比，本专利技术的有益技术效果体现在以下方面：1、本专利技术采用水热反应法一步制得Fe掺杂SnO2/RGO纳米复合材料，操作简便，绿色安全，无任何有毒有害物质产生、无需加入任何表面活性剂和惰性气体保护。2、本专利技术制备的Fe掺杂SnO2/RGO纳米复合材料吸波性能良好，在5.5mm厚度下，最大吸收强度可达-37.5dB；通过调节掺杂Fe3+的含量与吸波涂层的厚度可以实现对不同波段的电磁波有效吸收。3、本专利技术制备的Fe掺杂SnO2/RGO纳米复合材料具有特殊的双波段吸波能力，能够对C波段(4-8GHz)与Ku波段(12-18GHz)的电磁波进行有效吸收。4、本专利技术制备的Fe掺杂SnO2/RGO纳米复合材料，通过多重极化机制(界面极化、缺陷极化、偶极极化等)，结合介电损耗与电导损耗的协同效应，可以有效增强复合材料对电磁波的吸收能力。附图说明图1是实施例2、3中产物的XRD谱图；图2是样品S3的XPS全谱图；图3是样品S3的TEM照片；图4是实施例1中产物S1的反射损耗随频率的变化曲线；图5是实施例2中产物S2的反射损耗随频率的变化曲线；图6是实施例3中产物S3的反射损耗随频率的变化曲线。具体实施方法现结合实施例和附图对本专利技术作进一步描述：实施例11、取1个100mL烧杯，加入30mL去离子水，边搅拌边加入20mg氧化石墨，超声30min，剧烈搅拌2h，配制成浓度为0.67mg/mL的氧化石墨烯(GO)水分散液；2、加入1.550g五水合四氯化锡(SnCl4·5H2O)，剧烈搅拌30min，使其完全溶解；3、逐滴滴加氨水将混合分散液的pH调至10，再剧烈搅拌15min；4、将混合分散液转移至体积为50mL的反应釜中，在160℃下水热反应18h；5、反应结束后，冷却至室温，反复离心、去离子水洗涤多次使得产物的pH达到中性；6、将产物转移至真空干燥箱，在55℃下干燥24h，研磨得到最终产物，记做S1。将实施例1中的粉末产物和石蜡按照质量比6:4，在专用模具中压制成外径7.00mm、内径3.04mm、厚度约2mm的同轴试样，用型号为AV3629D矢量网络分析仪测试其电磁参数，计算得到吸波性能，测试频率为2-18GHz。样品S1的反射损耗随频率的变化曲线如图4所示，当匹配厚度为5.0mm，在6.96GHz时最大吸收强度达到-7.9dB。实施例21、取1个100mL烧杯，加入30mL去离子水，边搅拌边加入20mg氧化石墨，超声30min，剧烈搅拌2h，配制成浓度为0.67mg/mL的氧化石墨烯(GO)水分散液；2、加入1.550g五水合四氯化锡(SnCl4·5H2O)，搅拌均匀后加入0.095g九水合硝酸铁(Fe(NO3)3·9H2O)剧烈搅拌30min，使其完全溶解。其中，铁离子(Fe3+)占Fe3+和锡离子(Sn4+)的摩尔百分数5mol.％；3、逐滴滴加氨水将混合分散液的pH调至10，再剧烈搅拌15min；4、将混合分散液转移至体积为50mL的反应釜中，在160℃下水热反应18h；5、反应结束后，冷却至室温，反复离心、去离子水洗涤多次使得产物的pH达到中性；6、将产物转移至真空干燥箱，在55℃下干燥24h，研磨得到最终产物，记做S2。实施例2产物的XRD谱图见图1。将实施例1中的粉末产物和石蜡按照质量比6:4，在专用模具中压制成外径7.00mm、内径3.04mm、厚度约2mm的同轴试样，用型号为AV3629D矢量网络分析仪测试其电磁参数，计算得到吸波性能，测试频率为2-18GHz。样品S2的反射本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种铁掺杂二氧化锡/还原氧化石墨烯(Fe‑SnO2/RGO)二元纳米复合吸波材料，其特征在于：所述的复合吸波材料由二维片状RGO表面均匀负载纳米尺寸的SnO2粒子组成，通过多重极化机制与介电损耗/电导损耗的协同效应增强对电磁波的衰减损耗。

【技术特征摘要】
1.一种铁掺杂二氧化锡/还原氧化石墨烯(Fe-SnO2/RGO)二元纳米复合吸波材料，其特征在于：所述的复合吸波材料由二维片状RGO表面均匀负载纳米尺寸的SnO2粒子组成，通过多重极化机制与介电损耗/电导损耗的协同效应增强对电磁波的衰减损耗。2.根据权利要求1所述的Fe-SnO2/RGO二元纳米复合吸波材料，其特征在于，所述吸波材料通过以下方法制备：(1)取1个100mL烧杯，加入30mL去离子水，边搅拌边加入20mg氧化石墨，超声30min，剧烈搅拌2h，配制成浓度为0.67mg/mL的氧化石墨烯(GO)水分散液；(2)分别加入一定质量的五水合四氯化锡(SnCl4·5H2O)和九水合硝酸铁(Fe(NO3)3·9H2O)，剧烈搅拌使其完全溶解。其中，铁离子(Fe3+)占Fe3+和锡离子(Sn4+)的摩尔百分数分别为0mol.％，5mol.％和10mol.％；(3)逐滴滴加氨水将混合分散液的pH调至10，再剧烈搅拌15min；(4)将混合分散液转移至体积为50mL的反应釜中，在160℃下水热反应18h；(5)反应结束后，冷却至室温，反复离心、去离子水洗涤多次使得产物的pH达到中性；(6)将产物转移至真空干燥箱，在55℃下干燥24h，研磨得到最终产物。3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)制备GO的超声时间为30min。超声时间过短不能有效剥离氧化石墨；超声时间过长会对GO片层和尺寸构造成破坏，致使水热反应得到的RGO片层表面不能有效负载SnO2纳米粒子。4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：所述步...

【专利技术属性】
技术研发人员：疏瑞文，张佳宾，马艳培，谢艳，赵杰成，孙焰丽，
申请(专利权)人：安徽理工大学，
类型：发明
国别省市：安徽,34