六方相钴/石墨烯复合材料、制备方法和吸波性能技术

本发明专利技术涉及六方相钴/石墨烯复合材料、制备方法和吸波性能。在所述复合材料中，金属钴为六方密堆积结构，石墨烯为片状结构，所述复合材料为多晶结构，并且其中C:Co摩尔比是～3:2。所述制备方法包括制备氧化石墨的步骤和热分解还原步骤，其中在所述热分解还原步骤中，将所述氧化石墨加入2-吡咯烷酮中并超声分散以得到棕色溶液，然后加入乙酰丙酮钴和十八胺并升高温度进行反应，在反应停止后添加乙醇使反应猝停，使反应体系的温度迅速降低至室温，最后通过离心的方式分离出反应产物。另外，本发明专利技术还涉及所述复合材料作为吸波材料的用途。

【技术实现步骤摘要】
六方相钴/石墨烯复合材料、制备方法和吸波性能
本专利技术涉及六方相钴/石墨烯复合材料、其制备方法和吸波性能。
技术介绍
近年来，人们对磁性纳米粒子产生巨大的兴趣，因为与磁性纳米粒子有关的科学 研究领域非常广泛，包括磁流体、催化、生物技术/生物医学、磁共振成像、数据存储和环境 修复等等。然而纳米粒子一个不可回避的问题就是其内在的不稳定性。纳米粒子具有高的 表面积/体积值，非常容易发生团聚，以此来减少表面能。然而，裸露的金属纳米粒子的化 学性质很活泼，在空气中易被氧化，这会削弱其磁性和分散性。因此，需要通过一定修饰手 段来保护磁性纳米粒子，以防止其在合成过程中或合成后一些功能退化。保护策略主要包 括有机物的枝接或包覆，包括表面活性剂或聚合物；无机层的包覆，如硅和碳。通常，保护层 不仅仅是稳定纳米粒子，还可以增强其功能性，例如，与其它的纳米粒子和不同配体结合， 这取决于实际的应用需要。 无线通讯技术在工业、商业、军事行业中快速发展，给我们的生活带来了巨大便 利，但同时也带来了电磁波危害。这使得制备能吸收电磁波的材料和研究能吸收电磁波的 装置变得极为紧迫。因此，对电磁波具有高吸收容量、宽吸收范围、抗氧化能力好、热稳定性 强、低密度的材料的研究引起了人们的广泛关注。 石墨烯由于具有良好的导电性、大的比表面积、柔韧性和化学稳定性等许多优良 的性质，所以常常被用来作为承载其他活性材料的基底。根据组成不同，电磁波吸收材料可 分为合金和金属型、氧化物型、陶瓷、过渡金属硫化物、复合型材料。其中，对金属和合金型 材料，研究较多的主要是Fe、Co、Ni过渡金属为主体的金属和合金的磁性材料。钴是典型的 软金属磁性材料，并显示大的磁各向异性，因此小尺寸的钴纳米晶具有很强的电磁性能。由 于石墨烯具有很高的导电率，同时金属钴纳米粒子具有良好的磁性，如果能将不同物相和 尺寸的金属钴纳米粒子和石墨烯制成复合体，则这种复合材料必将具有良好的电磁波吸收 效应。此外，与传统的吸波材料相比，石墨烯具有密度小、抗腐蚀性好、柔性较大以及成本低 等优点，所以这使得对于石墨烯/金属钴吸波材料的研究更具有现实意义。 本专利技术采用热还原法成功制备了六方相金属钴/石墨烯纳米复合材料（h-Co/ GN)，并且研究了这种复合材料的吸波性能。
技术实现思路
针对以上缺点，根据纳米结构的粒子不稳定、特别是活泼金属粒子特别容易被氧 化的特点，本专利技术利用石墨烯，采用简便、快速、还原效果好的热分解法来制备具有良好吸 波性能的六方相钴纳米粒子/石墨烯（GN)复合材料，所述方法具有原材料易得和成本低的 优点。 因此，本专利技术的一个目的在于提出一种六方相钴/石墨烯复合材料，其中金属钴 为六方密堆积结构，石墨烯为片状结构，所述复合材料为多晶结构，并且其中C:Co摩尔比 约3:2。所述复合材料在l-18Gz的频率范围内都有吸收。 所述复合材料的厚度为l-5mm，特别地，所述复合材料的厚度为3mm，或者所述复 合材料的厚度为4mm。 本专利技术的另一方面在于一种制备上述复合材料的方法，所述方法包括制备氧化 石墨的步骤和热分解还原步骤，其中在所述热分解还原步骤中，将所制备的氧化石墨加入 2_吡咯烷酮中并超声分散以得到棕色溶液，然后加入乙酰丙酮钴和十八胺并升高温度进行 反应，在反应停止后添加乙醇使反应猝停，使反应体系的温度迅速降低至室温，最后通过离 心的方式分离出反应产物。 在上述方法中，采用改进的Hu_ers方法制备氧化石墨以作为制备所述复合材料 的原料。 在上述方法中，所述升高温度包括将反应体系加热至120°c并在此温度维持30分 钟，然后升高温度到245°C，并在此温度维持2个小时。 在上述方法中，所述热分解还原步骤在惰性气氛中进行。优选地，所述惰性气氛为 氦气。 本专利技术的又一方面在于上述复合材料作为吸波材料的用途。 【附图说明】 下面结合附图对本专利技术的实施方案进行举例说明。在附图中： 图1为本专利技术中用到的石墨（a)、制备的氧化石墨G0(b)、石墨烯GN(c)和h-Co/ GN(d)的 XRD 图； 图2为本专利技术实施例制备的石墨烯GN的TEM(透射电子显微镜，a)、HRTEM(高分 辨透射电子显微镜，b)、和SAED(选区电子衍射，c)照片； 图3为本专利技术制备的h-Co/GN纳米粒子的TEM(a、b)和HRTEM(c、d)图；以及 图4为h-Co/GN的微波反射率损耗值与样品厚度的关系图。 【具体实施方式】 下面将以实施例的方式来说明本专利技术的具体实施方案。应理解，这些实施例仅仅 为举例说明的目的，而无意于将本专利技术的范围限制于此。 以下实施例将举例说明复合材料样品的合成以及吸波性能的测定。 原料氣化石墨和复合材料的制各 1.制备氧化石墨 采用改进的Hummers方法制备氧化石墨，作为制备六方相金属钴/石墨烯复合体 的原料。 称取5g石墨粉、5g NaN03和230mL浓H2S04并置于冰水浴中，边搅拌边缓慢加入 30g ΚΜη04，此过程大约持续15分钟。撤去冰水浴，放入35°C水浴中，缓慢加入460mL蒸馏 水，此过程持续约30分钟，产物由黑色渐渐变为褐色。之后放于98°C油浴中保温15分钟。 撤出油浴后，加入1400mL温水，搅拌，加入100mL H202，此时产物变为金黄色。过滤，用质量 分数为5%的稀HC1溶液洗涤，至滤液中无 S0,为止。所得产物于70°C空气中干燥。 2.制备六方相钴纳米粒子/石墨烯复合体 将40mg GO加入40mL2-吡咯烷酮中，超声分散，得到棕色溶液。接下来，将2mmol 乙酰丙酮钴和2g十八胺加入上述棕色溶液中，先将混合物加热到120°C并在此温度维持30 分钟，然后升高温度到245°C (2-吡咯烷酮的沸点是245°C )，在此温度维持2小时，整个反 应过程在氩气保护下进行，并一直保持磁力搅拌。 反应停止后，加入20mL乙醇将反应猝停，使反应体系的温度迅速降低至室温。最 后，通过离心的方式分离出反应产物，并用正己烷、丙酮交替洗涤，产物于40°C真空干燥。所 得钴纳米粒子/石墨烯复合材料中C:Co摩尔比为?3:2。 实骀结果 1. XRD 分析 图1为本专利技术中用到的石墨（a)、制备的氧化石墨G0(b)、石墨烯GN(c)和h-Co/ GN(d)的XRD图。由图（a)可见，所选用的石墨原料结晶性良好，在2 Θ =26. 5°处出现 (002)晶面的衍射峰，对应的层间距为0. 34nm。经氧化之后，所得产物G0依然具有很好的结 晶性，而且保持片状结构，但是衍射峰向低角度移动，在2 Θ =10.9°处出现衍射峰，对应 层间距为〇.76nm，见图（b)，石墨被氧化后引入含氧官能团，从而引起层间距的增大。图（c) 为氧化石墨还原后所得产物GN的XRD图，从图中未观察到层间距为0. 76nm的衍射峰，并且 在2 Θ =23.5°有一个弱的且宽化的衍射峰出现，表明G0已经被还原，并且石墨烯的片状 结构被破坏。h-Co/GN复合体的XRD结果如图（d)所示，从中可以看出，所得金属Co的XRD 衍射图谱与JCPDS卡8本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种六方相钴/石墨烯复合材料，其中金属钴为六方密堆积结构，石墨烯为片状结构，所述复合材料为多晶结构，并且其中C:Co摩尔比为～3:2。

【技术特征摘要】
1. 一种六方相钴/石墨烯复合材料，其中金属钴为六方密堆积结构，石墨烯为片状结 构，所述复合材料为多晶结构，并且其中c:Co摩尔比为?3:2。2. 根据权利要求1所述的复合材料，其中所述复合材料在l-18Gz的频率范围内都有吸 收。3. 根据权利要求1或2所述的复合材料，其中所述复合材料的厚度为l-5mm，特别地， 所述复合材料的厚度为3mm，或者所述复合材料的厚度为4mm。4. 一种制备根据权利要求1至3中任一项所述的复合材料的方法，所述方法包括制备 氧化石墨的步骤和热分解还原步骤，其中在所述热分解还原步骤中，将所制备的氧化石墨 加入2-吡咯烷酮中并超声分散以得到棕色溶液，然后加入乙酰丙酮钴和十八胺并升高温 ...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙根班，潘国华，马淑兰，马腾，
申请(专利权)人：北京师范大学，北京师大科技园科技发展有限责任公司，
类型：发明
国别省市：北京;11