一种类石墨烯氮化碳/四氧化三铁/聚苯胺纳米复合吸波材料及其制备方法技术

本发明专利技术属于有机无机纳米复合材料的制备范畴，特别涉及一种类石墨烯氮化碳/四氧化三铁/聚苯胺纳米复合吸波材料及其制备方法，所述纳米复合吸波材料以多孔类石墨烯氮化碳为载体，磁性纳米粒子四氧化三铁和导电聚合物聚苯胺为包覆层；本发明专利技术通过多元醇法，以g‑C3N4作为碳源、Fe(acac)3作为铁源，加热回流得到g‑C3N4/Fe3O4，加入引发剂，使苯胺单体聚合，制备g‑C3N4/Fe3O4/PANI纳米复合吸波材料；该材料包覆层均匀、分散性、磁响应性良好、吸波性能优异，该材料与50wt％石蜡均匀混合，压制制样，材料厚度为2‑4mm时，反射损耗最大峰值(RLmin)达到‑50dB，通过调节纳米复合吸波材料和石蜡混合材料厚度(2～4mm)，有效吸收宽带(RLmin

【技术实现步骤摘要】
一种类石墨烯氮化碳/四氧化三铁/聚苯胺纳米复合吸波材料及其制备方法
本专利技术属于有机无机纳米复合材料的制备范畴，可用于吸波材料制备领域，特别涉及一种类石墨烯氮化碳/四氧化三铁/聚苯胺(g-C3N4/Fe3O4/PANI)纳米复合吸波材料及其制备方法。
技术介绍
近年来，电磁技术的迅猛发展和广泛使用为人类创造了巨大的物质文明的同时，也把人类带进了一个充满电磁辐射的生活环境。这些电磁辐射不仅给人类正常生活带来严重影响，诸如危害人体的免疫、生殖、循环系统和代谢功能，诱发癌症等弊端，而且军用电子设备等产生的电磁辐射还有可能造成电磁信息泄漏，给军事目标和国防安全带来威胁，因此微波吸收材料的研发对于解决电磁污染问题越来越受到重视。发展厚度薄、吸收能力强、质量轻和吸收频带宽的“薄强轻宽”的新型吸波材料是现如今电磁波吸收领域的关键所在。通常使用的吸波材料包括无机纳米材料、铁氧体、导电高分子聚合物等。其中，无机纳米材料中的类石墨烯氮化碳(graphite-likeC3N4，注为g-C3N4)拥有如石墨烯一样高的比表面积、特异的电子传导方式和良好的化学稳定性，是载体材料的理想选择。其已被广泛应用于光催化领域，诸如有机污染物的光降解和有毒气体的后处理等方向，然而在微波吸收领域的潜在应用尚未见报道。铁氧体中的四氧化三铁(Fe3O4)作为传统的磁性损耗性材料，虽拥有成本低廉、无毒、较高的饱和磁化强度及磁损耗等优点，但其密度大带来的质量重、介电损耗相对低带来的阻抗不匹配以及磁性粒子易团聚等缺点，极大限制了它的广泛使用。导电高聚物具有可分子设计、结构多样化、电磁参量可调、易复合加工和密度小等优点，而成为一种新型的、轻质的、极有发展前景的吸波材料，受到了广泛关注。然而，单独的导电高聚物材料还存在吸波频段较窄、制备工艺要求严格、高温稳定性差和电磁吸收特性较低等缺点。为满足未来的隐身材料高效、宽带、重量轻、适应性强的特点，还需改善导电高聚物的磁损耗性能。专利CN104592461A公开了一种电磁屏蔽与高温性能好、品质稳定的纳米镍石墨-PMMA复合吸波材料，通过独特的原位接枝聚合方法，将有机相与无机相组分在纳米级范围内相结合，即实现了纳米粒子的均匀分散，又保持了纳米粒子的特性，还保证了复合吸波材料各项性能的稳定,复合材料制成的吸波层厚度为1.5mm时,在约12GHz时最大值为-16.5dB,并且在频带9.5—14.6GHz的范围内可达到-10dB的吸收。专利CN106751248A公开了一种铁酸钴/PVDF复合吸波材料及其制备方法，该专利技术通过流延方法，将纳米CoFe2O4粉体与PVDF粉体制备成CoFe2O4/PVDF复合膜，该复合膜致密、厚度均匀，PVDF与CoFe2O4结合紧密，可使纳米CoFe2O4粉体进行定向排布，具有较好的吸附性能和良好的吸波性能。合成g-C3N4/Fe3O4的方法众多，但多见于水热法与超声法，并且存在Fe3O4颗粒团聚、包覆效果不佳和制备工艺苛刻等缺点。
技术实现思路
本专利技术解决现有技术中存在的上述技术问题，提供一种包覆层均匀、分散性、磁响应性良好及吸波性能优异的类石墨烯氮化碳/四氧化三铁/聚苯胺纳米复合吸波材料，实现在2-18GHz有强吸收，并展宽吸收频带。为解决上述问题，本专利技术的技术方案如下：一种类石墨烯氮化碳/四氧化三铁/聚苯胺纳米复合吸波材料，以多孔类石墨烯氮化碳为载体，磁性纳米粒子四氧化三铁和导电聚合物聚苯胺为包覆层。上述类石墨烯氮化碳/四氧化三铁/聚苯胺纳米复合吸波材料的制备方法，包括如下步骤：步骤1，将尿素置于500-600℃静态空气下反应2.5-5h，洗涤、干燥，得到类石墨烯氮化碳；步骤2，将步骤1制备的类石墨烯氮化碳置于三乙二醇(TREG)中，超声0.5-1h，再加入乙酰丙酮铁(Fe(acac)3)，超声浴1-2h，得到均匀悬浮液；步骤3，将步骤2制备的悬浮液，在氮气保护下，缓慢加热到287-290℃，在此温度回流0.5-2h，磁分离，真空干燥得到类石墨烯氮化碳/四氧化三铁；步骤4，将步骤3制备的类石墨烯氮化碳/四氧化三铁分散在乙醇和去离子水的混合溶液中，缓慢加入苯胺单体，在冰水浴条件下搅拌30-60分钟后，将引发剂滴加到反应体系中，在冰水浴条件下搅拌12-24小时，洗涤、干燥，制得类石墨烯氮化碳/四氧化三铁/聚苯胺纳米复合吸波材料。优选地，所述制备方法中，类石墨烯氮化碳、乙酰丙酮铁、苯胺单体的添加质量比为8:60:5-30。优选地，所述步骤2中，类石墨烯氮化碳与三乙二醇质量比为1-3:1000。优选地，所述步骤4中，类石墨烯氮化碳/四氧化三铁与乙醇和去离子水的混合溶液质量比为1-3:5000。优选地，所述步骤4中，乙醇和去离子水的混合溶液中，乙醇和去离子水的体积比为3-6:1。优选地，步骤4所述引发剂为过二硫酸铵。优选地，步骤4所述引发剂与苯胺单体的摩尔比为0.5-2.5:1。优选地，步骤4所述类石墨烯氮化碳/四氧化三铁与苯胺单体的质量比为1:2.5-15。所制备的纳米复合吸波材料与50wt％石蜡均匀混合，压制制样，材料厚度为2-4mm时，出现最强的反射率吸收峰，样品的反射损耗最大峰值(RLmin)达到-50dB；通过调节纳米复合吸波材料和石蜡混合材料厚度(2～4mm)，有效吸收宽带(RLmin<-10dB)可以达到7GHz；该纳米复合吸波材料的制备具有重要的科学意义并在吸波材料领域有广泛的应用前景。相对于现有技术，本专利技术的优点如下，本专利技术提供一种含氮化碳的吸波材料及其制备方法，该材料提供一种包覆层均匀、分散性、磁响应性良好及吸波性能优异的g-C3N4/Fe3O4/PANI纳米复合吸波材料。本专利技术的特点为：(1)通过引入g-C3N4载体，取代了传统的纳米碳材料，诸如碳纳米管、石墨烯等。发挥了g-C3N4轻质、介电性能良好的特点，制备的g-C3N4/Fe3O4/PANI纳米复合吸波材料相对于传统吸波材料密度小，吸波性能优异。(2)首次采用多元醇法制备纳米复合吸波材料，g-C3N4和Fe3O4之间具有很强的相互作用,使形成的Fe3O4纳米粒子能均匀分布在g-C3N4表面，解决Fe3O4纳米粒子易团聚导致的包覆层不均匀问题，在未加入表面活性剂的条件下，Fe3O4未发生团聚，分散性良好。(3)在纳米复合吸波材料体系中，同时引入磁性纳米粒子Fe3O4和导电聚合物PANI，使其兼具电损耗和磁损耗性能，同时多组分的协同效应，有效提高吸波性能，展宽吸收频带。(4)制备的g-C3N4/Fe3O4/PANI纳米复合吸波材料，具有合成简单、结构新颖和热化学性质稳定等优点，适合用作吸波材料的进一步科学研究。具体实施方式实施例1：类石墨烯氮化碳/四氧化三铁/聚苯胺纳米复合吸波材料的制备(1)取20mg尿素置于坩埚中，于烘箱中80℃烘12h。将上述尿素连同坩埚，盖上盖子，置于马弗炉中，500℃静态空气下反应5h。反应结束后，待自然冷却，将产物用蒸馏水和无水乙醇分别洗涤3次。将产物在60℃下干燥12h，得到浅黄色g-C3N4纳米材料。(2)取80mg已制备的g-C3N4加入到75mLTREG溶液中，超声0.5-1h，得到均相浅黄色悬浮液。再取600mgFe(acac)3加入到上述悬浮液，搅拌15mi本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种类石墨烯氮化碳/四氧化三铁/聚苯胺纳米复合吸波材料，其特征在于，所述纳米复合吸波材料以多孔类石墨烯氮化碳为载体，磁性纳米粒子四氧化三铁和导电聚合物聚苯胺为包覆层。

【技术特征摘要】
1.一种类石墨烯氮化碳/四氧化三铁/聚苯胺纳米复合吸波材料，其特征在于，所述纳米复合吸波材料以多孔类石墨烯氮化碳为载体，磁性纳米粒子四氧化三铁和导电聚合物聚苯胺为包覆层。2.如权利要求1所述的类石墨烯氮化碳/四氧化三铁/聚苯胺纳米复合吸波材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1，将尿素置于500-600℃静态空气下反应2.5-5h，洗涤、干燥，得到类石墨烯氮化碳；步骤2，将步骤1制备的类石墨烯氮化碳置于三乙二醇中，超声0.5-1h，再加入乙酰丙酮铁，超声浴1-2h，得到均匀悬浮液；步骤3，将步骤2制备的悬浮液,在氮气保护下，缓慢加热到287-290℃，在此温度回流0.5-2h，磁分离，真空干燥得到类石墨烯氮化碳/四氧化三铁；步骤4，将步骤3制备的类石墨烯氮化碳/四氧化三铁分散在乙醇和去离子水的混合溶液中，缓慢加入苯胺单体，在冰水浴条件下搅拌30-60分钟后，将引发剂滴加到反应体系中，在冰水浴条件下搅拌12-24小时，洗涤、干燥...

【专利技术属性】
技术研发人员：何曼，周钰明，黄庭远，仝远，廖强，王瑞丽，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32