一种纳米复合吸波材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种纳米复合吸波材料的制备方法。该方法以天然石墨粉为原料，浓硫酸，高锰酸钾为氧化剂，采用改进的Hummers法制备出了氧化石墨烯。将氧化石墨烯与FeCl3·H2O置于乙二醇中，以聚乙烯吡咯烷酮为改性剂，NH4Ac为发泡剂，通过溶剂热法将空心四氧化铁纳米颗粒成功负载到石墨烯片层表面。采用十二烷基苯磺酸作为表面活性剂，将石墨烯/空心四氧化三铁纳米复合材料和苯胺单体混合均匀，以过硫酸铵为引发剂，通过原位聚合得到石墨烯/空心四氧化三铁/聚苯胺纳米复合材料。本发明专利技术采用简便的水热法和原位聚合法，可以制备出吸波性能优异的石墨烯/空心四氧化三铁/聚苯胺纳米复合材料。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及吸波材料领域，尤其涉及的是一种纳米复合吸波材料的制备方法。
技术介绍
随着科学技术与电子工业的发展，各种电子仪器设备在商业、工业、医疗卫生等发面的应用日益增多，电磁干扰已经成为继工业“三废”之后的第四大环境污染源，电磁污染已成为人类社会的“隐形杀手”。有研究表明，过量电磁波辐射除可引起神经系统、免疫系统、生殖系统和血液循环系统等发生障碍外，甚至可能诱发包括各类癌症在内的严重疾病。长期处于电磁波环境中，人体内被电磁波损伤且未来得及自我修复的组织和器官的损伤可以因长期积累而成为功能性病变，严重时可危及生命。石墨烯，由于其独特的单层结构使其具有超轻的密度、大的比表面积、导电性能优良及高的介电常数等特点，使其成为一种新型吸波材料。另外，被氧化的石墨烯表面大量暴露的化学键在电磁场的作用下更容易产生外层电子的极化弛豫而衰减电磁波，为石墨烯在吸波领域的应用拓宽了前景。但是石墨烯作为吸波材料最大的缺点是不具有磁性及磁损耗，而且石墨烯单一的高介电损耗将引起阻抗匹配难的问题并影响吸波性能。因此，在石墨烯表面负载磁性空心四氧化三铁纳米粒子，不仅可以提高材料磁性能，增强复合材料的磁损耗，有利于复合材料的阻抗匹配，而且四氧化三铁颗粒作为隔离介质减少石墨烯在干燥过程中重新堆叠呈三维石墨结构，对稳定石墨烯片层结构起着相当重要的作用。同时，考虑在复合体系中加入导电聚合物，作为包覆层，不仅加强了磁性粒子和石墨烯的界面结合，而且由于<br>导电聚合物自身的高介电损耗，强化复合材料在高频段的吸波性能。本专利技术所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供了一种石墨烯/空心四氧化三铁/聚苯胺纳米复合吸波材料及其制备方法。本专利技术的技术方案如下：一种石墨烯/空心四氧化三铁/聚苯胺纳米复合吸波材料的制备方法，其步骤如下：(1)将2～4g石墨粉、2～3.5g过硫酸钾和2～3.5g P2O5依次加入到10～16mL浓硫酸中,形成混合物，混合物pH值为1-2。在80℃下搅拌4～8h后用150～250mL蒸馏水稀释,稀释后的PH值是3-4，放置10-24h后过滤并用蒸馏水洗涤直到滤液到中性为止，所得产物在室温下干燥至恒重，制得预氧化的石墨2～3g。(2)将上述预氧化的石墨加入到100～150mL浓硫酸中搅拌30min使之均匀，并在冰水浴下缓缓加入20～40g KMnO4。待全部KMnO4加完后，搅拌30～60min，得到预氧化的石墨。(3)体系升温到35℃，反应2h。随后，体系中缓慢加入200mL蒸馏水，接着反应2h，控制体系温度不超过50℃，再次加入150～250ml蒸馏水和10～40ml 30％H2O2以终止反应。产物离心后用1L的盐酸溶液洗涤，最后透析一个星期得到2～3g产物氧化石墨。(4)将0.010～0.015g冰冻干燥后的氧化石墨在60ml乙二醇中超声分散形成均匀的分散液，然后称取0.42～1.68g Fecl3·6H2O,0.62～2.49g聚乙烯吡咯烷酮(PVP)，1.42～4.79g NH4Ac溶解于70mL的乙二醇中，搅拌，使之成为形成澄清溶液。(5)将所得的溶液移入100mL反应釜中，密封之后，加热到200～230℃，并保温10～15h。反应完成后，将反应釜取出，使之冷却到室温。将所得的黑色粉末离心，采用无水乙醇和去离子水各洗涤三次，在50～70℃真空干燥24h，得到产物A。(6)将产物A和0.8～1.2g苯胺单体，加入到预分散有10.65g十二烷基苯磺酸的溶液中，超声分散30～60min，形成均一体系B。(7)将1.96～2.94g过硫酸铵溶解在50～100ml蒸馏水中，缓慢滴加到体系B中，搅拌反应12h，反应结束后，抽滤，分别用蒸馏水、乙醇洗涤产物至滤液无色，50～70℃真空干燥24～36h，得到纳米复合吸波材料。(8)利用X射线衍射仪对所得样品进行物相结构分析；利用傅里叶变换红外光谱和拉曼光谱对样品进行分子结构的确定；利用场发射扫描电镜及透射电子显微镜对样品的形貌结构进行分析；利用矢量网络分析对样品的电磁参数进行分析。所述的过硫酸钾、P2O5、高锰酸钾、过硫酸铵、Fecl3·6H2O、苯胺、十二烷基苯磺酸、乙二醇和浓硫酸均为分析纯。所述的制备方法，步骤(2)中，缓缓加入KMnO4时，控制体系温度，体系温度不超过20℃。所述的制备方法，步骤(3)中，盐酸的浓度为体积比1:10的盐酸溶液。所述的制备方法，步骤(6)中，产物A占苯胺单体质量的30～50％。所述的制备方法制得石墨烯/空心四氧化三铁/聚苯胺纳米复合材料。本专利技术的石墨烯/空心四氧化三铁/聚苯胺纳米复合吸波材料的制备方法采用溶剂热法、原位聚合法，通过四氧化三铁在石墨烯片层上的原位生长和聚苯胺在石墨烯/四氧化三铁复合材料表面的原位聚合，从而实现材料优异的吸波效果。附图说明图1为所得样品的X射线衍射图谱(XRD)；图中，a为氧化石墨烯，b为空心四氧化三铁纳米球，c为石墨烯/空心四氧化三铁纳米复合材料，d为石墨烯/空心四氧化三铁/聚苯胺纳米复合材料，e为聚苯胺。图2为石墨烯/空心四氧化三铁和石墨烯/空心四氧化三铁/聚苯胺纳米复合材料的红外光谱图((FT-IR)；图中，a为石墨烯/空心四氧化三铁纳米复合材料，b为墨烯/空心四氧化三铁/聚苯胺纳米复合材料。图3为空心四氧化三铁纳米球、石墨烯/空心四氧化三铁和石墨烯/空心四氧化三铁/聚苯胺纳米复合材料的场发射扫描电镜及透射电镜图；图a为空心四氧化三铁纳米球场发射扫描电镜图，图b为石墨烯/空心四氧化三铁纳米复合材料场发射扫描电镜图，图c和图d均为石墨烯/空心四氧化三铁/聚苯胺纳米复合材料的场发射扫描电镜图，图e分别为石墨烯/空心四氧化三铁纳米复合材料透射电镜图，图f为石墨烯/空心四氧化三铁/聚苯胺纳米复合材料透射电镜图。图4为样品的拉曼光谱图；图中，a为氧化石墨烯，b为石墨烯/空心四氧化三铁纳米复合材料，c为石墨烯/空心四氧化三铁/聚苯胺纳米复合材料。图5为石墨烯/空心四氧化三铁/聚苯胺纳米复合材料磁损耗角正切和介电损耗角正切与频率的关系曲线；其中，图a为磁损耗角正切与频率的关系曲线，图b为介电损耗正切与频率的关系曲线。图6为石墨烯/空心四氧化三铁/聚苯胺纳米复合材料的吸波曲线；图中，a为厚度1.0mm，b为厚度1.5mm，c为厚度2.0mm。具体实施方式以下结合具体实施本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种纳米复合吸波材料的制备方法，其特征在于，其步骤如下：(1)将2～4g石墨粉、2～3.5g过硫酸钾和2～3.5g P2O5依次加入到10～16mL浓硫酸中，形成混合物，混合物pH值为1‑2，将该混合物在80℃下搅拌4～8h后用150～250mL蒸馏水稀释，稀释后混合物的PH值是3‑4，放置10‑24h后过滤并用蒸馏水洗涤直到滤液到中性为止，所得产物在室温下干燥至恒重，制得预氧化的石墨2～3g；(2)将上述预氧化的石墨加入到约100～150mL浓硫酸中搅拌30min使之均匀，并在冰水浴下缓缓加入20～40g KMnO4，待全部KMnO4加完后，搅拌30～60min，得到预氧化的石墨；(3)将上述体系升温到35℃，反应2h，随后，体系中缓慢加入200mL蒸馏水，接着反应2h，控制体系温度不超过50℃，再次加入150～250ml蒸馏水和10～40ml 30％H2O2以终止反应，产物离心分离10min,转速8000～10000r/min，离心分离后产物用1L的盐酸溶液洗涤，最后透析一个星期得到2～3g产物氧化石墨；。(4)将0.10～0.15g冰冻干燥后的氧化石墨在60ml乙二醇中超声分散形成均匀的分散液，然后称取0.42～1.68g Fecl3·6H2O,0.62～2.49g聚乙烯吡咯烷酮(PVP)，1.42～4.79g NH4Ac溶解于70mL的乙二醇中，搅拌，使之成为形成澄清溶液；(5)将所得的溶液移入100mL反应釜中，密封之后，加热到200～230℃，并保温10～15h。反应完成后，将反应釜取出，使之冷却到室温，将所得的黑色粉末离心分离10min,转速8000～10000r/min，采用无水乙醇和去离子水各洗涤三次，在50～70℃真空干燥24h，得到产物A 0.2～0.55g；(6)将产物A0.8～1.2g和0.8～1.2g苯胺单体，加入到预分散有10.65g十二烷基苯磺酸的溶液中，超声分散30～60min，形成均一体系B。(7)将1.96～2.94g过硫酸铵溶解在50～100ml蒸馏水中，缓慢滴加到体系B中，搅拌反应12h，反应结束后，抽滤，分别用蒸馏水、乙醇洗涤产物至滤液无色，50～70℃真空干燥24～36h，得到层状纳米复合吸波材料。...

【技术特征摘要】
1.一种纳米复合吸波材料的制备方法，其特征在于，其步骤如下：
(1)将2～4g石墨粉、2～3.5g过硫酸钾和2～3.5g P2O5依次加入到10～16mL浓
硫酸中，形成混合物，混合物pH值为1-2，将该混合物在80℃下搅拌4～8
h后用150～250mL蒸馏水稀释，稀释后混合物的PH值是3-4，放置10-24h
后过滤并用蒸馏水洗涤直到滤液到中性为止，所得产物在室温下干燥至恒
重，制得预氧化的石墨2～3g；
(2)将上述预氧化的石墨加入到约100～150mL浓硫酸中搅拌30min使之均
匀，并在冰水浴下缓缓加入20～40g KMnO4，待全部KMnO4加完后，搅
拌30～60min，得到预氧化的石墨；
(3)将上述体系升温到35℃，反应2h，随后，体系中缓慢加入200mL蒸馏
水，接着反应2h，控制体系温度不超过50℃，再次加入150～250ml蒸
馏水和10～40ml 30％H2O2以终止反应，产物离心分离10min,转速
8000～10000r/min，离心分离后产物用1L的盐酸溶液洗涤，最后透析一个
星期得到2～3g产物氧化石墨；。
(4)将0.10～0.15g冰冻干燥后的氧化石墨在60ml乙二醇中超声分散形成均匀
的分散液，然后称取0.42～1.68g Fecl3·6H2O,0.62～2.49g聚乙烯吡咯烷酮
(PVP)，1.42～4.79g NH4Ac溶解于70mL的乙二醇中，搅拌，使之成为
形成澄清溶液；
(5)将所得的溶液移入100mL反应釜中，密封之后，加热到200～230℃，并
保温10～15h。反应完成后，将反应釜取...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗驹华，姚为，吴兆丰，王旭，徐杨，高多多，
申请(专利权)人：盐城工学院，
类型：发明
国别省市：江苏;32