多元复合气凝胶材料及其制备与其在电磁波吸收中的应用制造技术

本发明专利技术公开了一种多元复合气凝胶材料及其制备方法与应用，其是将石墨烯/NiO复合物于水中超声分散制得悬浊液，再加入可溶性海藻酸盐，经剧烈搅拌后将所得混合溶液倒入模具中进行冷冻干燥，再将冻干后的块体材料放入固化剂溶液中固化后经进一步冷冻干燥，得到所述多元复合气凝胶材料。本发明专利技术所制备的多元复合气凝胶材料具有电磁波吸收强度大、吸收频带宽、厚度可控、强度佳、密度低、质量轻、稳定性好等优势，是一种优良的电磁波吸收材料。

Multi component composite aerogel material and its preparation and application in electromagnetic wave absorption

The invention discloses a multi-component composite aerogel material and its preparation method and application. The method is to disperse the graphene /NiO compound in water by ultrasonic dispersion, then add the soluble alginate, and after stirring vigorously, the mixed solution is poured into the mold for freeze-drying, then the freeze-dried block material is solidified in the curing agent solution, and then further freeze-dried. The multi-component composite aerogel material is obtained. The composite composite aerogel prepared by the invention has the advantages of large electromagnetic wave absorption intensity, wide absorption frequency band, controllable thickness, high strength, low density, light weight and good stability, and is an excellent electromagnetic wave absorbing material.

【技术实现步骤摘要】
多元复合气凝胶材料及其制备与其在电磁波吸收中的应用
本专利技术属于材料制备领域，具体涉及一种多元复合气凝胶材料及其制备方法与其在电磁波吸收中的应用。
技术介绍
气凝胶（Aerogel）作为一种独特的多孔结构材料，因其具有高孔隙率（大于90%）、低密度（0.003-0.5g/cm3）、高透光性以及较低的导热系数（0.0013-0.021W/m·k）等特点而备受关注，主要被应用于军事、建筑、能源及环境保护等方面。从功能上而言，气凝胶材料是纳米光催化材料的优良载体。藻酸盐基气凝胶是以藻酸盐为前驱体，经超临界干燥或冷冻干燥后制得。藻酸盐是从褐藻中提取出来的一种天然多糖，它是由β-D-甘露糖醛酸（M单元）和α-L-古洛糖醛酸（G单元）通过1-4糖苷键连接而成的无规嵌段共聚物，具有来源丰富、绿色无毒、易凝胶化、可再生、可降解以及生物相容性好等优异性能。电磁波吸波材料需要满足电磁波吸收强度大、吸收频带宽、厚度薄和质量轻等要求。NiO是一种电磁波吸收材料，而其单独作为吸波材料存在厚度不可控、再利用困难、不可剪裁、密度大等缺点，这些都将阻碍其工业化进程。随着科学技术的发展，多元材料复合化成为新材料的发展趋势，通过两种或者多种材料功能上的复合，性能上的相互弥补和优化，可制备出性能更加优异的复合材料。近年来，各种不同组成、不同结构的复合吸波材料的报道正逐年增加。
技术实现思路
针对现有电磁波吸收材料应用过程中存在的问题和缺陷，本专利技术提供了一种工艺简单、生产成本低廉且具有较高吸波性能的多元复合气凝胶材料。为实现上述专利技术目的，本专利技术采用如下技术方案：一种多元复合气凝胶材料，其制备方法包括如下步骤：a）将氧化石墨烯、Ni(NO3)3·6H2O和六亚甲基四胺于去离子水中溶解，搅拌30min后加入一定量乙醇超声15min，再将溶液转移到高压反应釜中，180℃恒温反应6h，然后自然冷却至室温，用去离子水反复洗涤沉淀，再于60℃烘干，得到石墨烯/NiO复合物；b）将步骤a）所得石墨烯/NiO复合物超声均匀分散于水中，得到悬浊液；c）将可溶性海藻酸盐加入到步骤b）所得悬浊液中，剧烈搅拌使其溶解完全后，继续搅拌1～4小时，得混合溶液；d）将步骤c）得到的混合溶液消泡后倒入模具中进行冷冻干燥处理，得到块体材料；e）将步骤d）所得块体材料放入固化剂溶液中进行固化，再经进一步冷冻干燥，得到所述多元复合气凝胶材料。步骤a）中所用氧化石墨烯、Ni(NO3)3·6H2O、六亚甲基四胺的摩尔比为(0.001~0.05)：(0.1~3)：(0.01~0.1)。步骤a）中所加入乙醇与去离子水的体积比为1:1。步骤b）所得悬浊液中石墨烯/NiO复合物的浓度为0.001~5g/L。步骤c）所述混合溶液中可溶性海藻酸盐的浓度为1~30g/L；所述可溶性海藻酸盐包括海藻酸钠、海藻酸钾、藻酸丙二醇酯中的任意一种或几种。步骤d）中采用超声进行消泡，超声时间为0~2h，超声后需再真空抽气0~2h。步骤e）中所述固化剂溶液的浓度为5~30g/L；所述固化剂为Ca、Ba等碱土金属盐或Fe、Al等三价金属盐中的任意一种或几种。步骤e）中所述固化的时间为5min~2h。步骤e）中所述冷冻干燥是以0.1~10℃/min的速率降温至-50~-10℃，冷冻0.5~6h，然后于-15~25℃、真空度为1~2000Pa的条件下干燥12-48h。本专利技术采用水热法制备出石墨烯/NiO复合物，然后将其与天然多糖基气凝胶材料进行复合，制备得到一种多元复合气凝胶材料，其具有电磁波吸收强度大、吸收频带宽、厚度可控、强度佳、密度低、质量轻、稳定性好等优势，可用于作用电磁波吸收材料。与现有技术相比，本专利技术制备方法具有工艺简单、成本低廉、条件易控、适合规模化生产等优点。在制备机理上，本专利技术通过分步固化获得了具有较高强度的藻酸盐基气凝胶材料，同时又实现了石墨烯/NiO在其上的高度分散和有效负载。在性能上，所制备的藻酸盐基复合石墨烯/NiO气凝胶电磁波吸收材料电磁波吸收强度大、吸收频带宽、厚度可控、可任意剪裁、密度低、质量轻、稳定性好，适合大规模生产。附图说明图1为实施例1所制备的NiO粉末的扫描电镜图。图2为实施例3所制备的RGO/NiO样品的扫描电镜图。图3为为实施例7所制备的多元生物质复合气凝胶材料的扫描电镜图。图4为实施例7所制备的多元生物质复合气凝胶材料的数码照片。具体实施方式为了使本专利技术所述的内容更加便于理解，下面结合具体实施方式对本专利技术所述的技术方案做进一步的说明，但是本专利技术不仅限于此。实施例1空白NiO将3mmolNi(NO3)3·6H2O和0.08mmol六亚甲基四胺于35mL去离子水中溶解，搅拌30min后再加入35ml乙醇超声15min，将溶液转移到100mL高压反应釜中，180℃恒温反应6h，然后自然冷却至室温，用去离子水反复洗涤沉淀，再于60℃烘干，得到NiO粉末，再将其与石蜡按质量比3：7混合，制备成直径为7mm、厚度为3mm的同轴样品，编号记为1。图1为所制备NiO粉末的扫描电镜图。由图中可见，NiO为大量片状结构组成的花状纳米球，其尺寸约为550nm。实施例2空白石墨烯将0.1mmol商品化氧化石墨烯于去离子水中溶解，搅拌30min后再加入35ml乙醇超声15min，将溶液转移到100mL高压反应釜中，180℃恒温反应6h，然后自然冷却至室温，用去离子水反复洗涤沉淀，再于60℃烘干，得到石墨烯，再将其与石蜡按质量比3：7混合，制备成直径为7mm、厚度为3mm的同轴样品，编号记为2。实施例32%石墨烯/NiO复合材料将0.04mmol商品化氧化石墨烯、2mmolNi(NO3)3·6H2O和0.05mmol六亚甲基四胺于35mL去离子水中溶解，搅拌30min后再加入35ml乙醇超声15min，将溶液转移到100mL高压反应釜中，180℃恒温反应6h，然后自然冷却至室温，用去离子水反复洗涤沉淀，再于60℃烘干，得到2%石墨烯/NiO复合物，再将其与石蜡按质量比3：7混合，制备成直径为7mm、厚度为3mm的同轴样品，编号记为3。图2为所得样品的扫描电镜形貌图。实施例48%石墨烯/NiO复合材料将0.24mmol商品化氧化石墨烯、3mmolNi(NO3)3·6H2O和0.08mmol六亚甲基四胺于35mL去离子水中溶解，搅拌30min后再加入35ml乙醇超声15min，将溶液转移到100mL高压反应釜中，180℃恒温反应6h，然后自然冷却至室温，用去离子水反复洗涤沉淀，再于60℃烘干，得到8%石墨烯/NiO复合物，再将其与石蜡按质量比3：7混合，制备成直径为7mm、厚度为3mm的同轴样品，编号记为4。实施例5空白藻酸盐气凝胶a）在剧烈搅拌条件下，将0.1g海藻酸钠加入到100mL去离子水中，剧烈搅拌使其溶解完全，此时溶液中海藻酸钠的浓度为1g/L，然后继续搅拌1小时；b）将步骤a）得到的藻酸盐溶液进行超声消泡及真空抽气，超声时间为0.5h，抽气时间为0.5h，以排出混合溶液中溶解的气体；c）将排气后的藻酸盐溶液倒入直径为7mm、厚度为3mm的容器中进行冷冻干燥处理，以1℃/min的速率降温至-30℃，冷冻2h，然后于-5℃、真空度为200Pa的条件下干燥24h，得到块体材料；d）将所本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种多元复合气凝胶材料的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：a）将氧化石墨烯、Ni(NO3)3·6H2O和六亚甲基四胺于去离子水中溶解，搅拌30 min后加入一定量乙醇超声15min，再将溶液转移到高压反应釜中，180 ℃恒温反应6h，然后自然冷却至室温，用去离子水反复洗涤沉淀，再于60℃烘干，得到石墨烯/NiO复合物；b）将步骤a）所得石墨烯/NiO复合物超声均匀分散于水中，得到悬浊液；c）将可溶性海藻酸盐加入到步骤b）所得悬浊液中，剧烈搅拌使其溶解完全后，继续搅拌1～4小时，得混合溶液；d）将步骤c）得到的混合溶液消泡后倒入模具中进行冷冻干燥处理，得到块体材料；e）将步骤d）所得块体材料放入固化剂溶液中进行固化，再经进一步冷冻干燥，得到所述多元复合气凝胶材料。

【技术特征摘要】
1.一种多元复合气凝胶材料的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：a）将氧化石墨烯、Ni(NO3)3·6H2O和六亚甲基四胺于去离子水中溶解，搅拌30min后加入一定量乙醇超声15min，再将溶液转移到高压反应釜中，180℃恒温反应6h，然后自然冷却至室温，用去离子水反复洗涤沉淀，再于60℃烘干，得到石墨烯/NiO复合物；b）将步骤a）所得石墨烯/NiO复合物超声均匀分散于水中，得到悬浊液；c）将可溶性海藻酸盐加入到步骤b）所得悬浊液中，剧烈搅拌使其溶解完全后，继续搅拌1～4小时，得混合溶液；d）将步骤c）得到的混合溶液消泡后倒入模具中进行冷冻干燥处理，得到块体材料；e）将步骤d）所得块体材料放入固化剂溶液中进行固化，再经进一步冷冻干燥，得到所述多元复合气凝胶材料。2.根据权利要求1所述的多元复合气凝胶材料的制备方法，其特征在于：步骤a）中所用氧化石墨烯、Ni(NO3)3·6H2O、六亚甲基四胺的摩尔比为(0.001~0.05)：(0.1~3)：(0.01~0.1)；所加入乙醇与去离子水的体积比为1:1。3.根据权利要求1所述的多元复合气凝胶材料的制备方法，其特征在于：步骤b）所得悬浊液...

【专利技术属性】
技术研发人员：庄建东，田勤奋，谢伟臻，曹圳，刘美珍，戴举国，
申请(专利权)人：福建农林大学，
类型：发明
国别省市：福建,35