四氧化三铁/还原氧化石墨烯绿色工业化制备方法及其吸波树脂复合材料技术

本发明专利技术提供了一种四氧化三铁/还原氧化石墨烯绿色工业化制备方法及其吸波树脂复合材料。将氧化石墨烯分散液与二价、三价铁盐混合溶液在反应釜中共同升温搅拌，并以碱性溶液调节pH值后进行第一阶段反应，然后加入还原剂进行第二阶段反应，反应完成后在强磁场下沉淀分离，洗涤后的沉淀物经干燥，即得到四氧化三铁/还原氧化石墨烯纳米吸波粒子。本方法不使用有毒有害的原料且具有良好的可控性与稳定性。此外，利用分层固化工艺制备了四氧化三铁/还原氧化石墨烯/环氧树脂吸波复合材料。本发明专利技术将电磁波的介电损耗和磁损耗有效结合，并且通过具有良好可控性与稳定性的简单工艺解决了比重较大的功能粒子在与树脂共混、固化过程中的沉降问题。沉降问题。沉降问题。

【技术实现步骤摘要】
四氧化三铁/还原氧化石墨烯绿色工业化制备方法及其吸波树脂复合材料


[0001]本专利技术属于纳米电磁功能材料
，具体为一种四氧化三铁/还原氧化石墨烯绿色工业化制备方法及其吸波树脂复合材料。

技术介绍

[0002]电子设备的广泛使用为经济建设、军事发展提供了强大助力。然而，其所产生的电磁辐射和电磁干扰不仅影响了电子设备的使用，而且还危害着人们的身体健康。有效控制电磁辐射污染，降低其产生的危害的关键技术之一是发展高性能的电磁波吸收材料，其中以石墨烯为代表的二维材料具有独特的微观结构、理化性质以及良好的介电损耗能力，一直是电磁波吸收领域研究的热点。
[0003]作为一种新型介电吸波材料，石墨烯以其良好的理化性能、轻质的特性越来越受到科学界的广泛关注。氧化石墨烯是通过物理化学等手段对石墨进行氧化而得到的一种带有多种含氧官能团的二维（2D）结构，而还原氧化石墨烯是通过化学方法去除氧化石墨烯片上的含氧基团得到的，是大批量生产石墨烯的经济途径。由于还原氧化石墨烯材料的阻抗匹配机制较差，仅仅利用介电损耗衰减电磁能量，不利于电磁吸收，因此，要提高还原氧化石墨烯的吸波性能，必须在其介电损耗的基础上协同一定的磁性损耗机制。四氧化三铁是一种常见的磁性材料，由于其优异的电磁特性以及简单的制备方法，被广泛应用于磁性材料领域。然而常见的四氧化三铁/石墨烯纳米复合吸波粒子目前基本只能在实验室中少量制备，无法满足日常生产和研究的需求，且由于使用水合肼等有毒药品，无法做到绿色环保。
[0004]此外，在以四氧化三铁/还原氧化石墨烯作为吸波剂、树脂作为基体制备吸波复合材料时，由于四氧化三铁的密度远高于树脂基体的。因此，在两者共混、固化的过程中，吸波剂不可避免地会出现沉降，导致所制备的吸波复合材料在厚度方向上出现电磁参数不均匀的现象。

技术实现思路

[0005]本专利技术为了解决目前四氧化三铁/石墨烯纳米复合吸波粒子的制备无法做到绿色环保，以及以四氧化三铁/还原氧化石墨烯作为吸波剂、树脂作为基体制备吸波复合材料时厚度方向会出现电磁参数不均匀的问题，提供了一种四氧化三铁/还原氧化石墨烯绿色工业化制备方法及其吸波树脂复合材料。
[0006]本专利技术是通过以下技术方案实现的：一种四氧化三铁/还原氧化石墨烯的绿色工业化制备方法，包括如下步骤：S1，制备氧化石墨烯分散液；S2，以可溶性铁盐制备含有Fe
2+
、Fe
3+
的铁盐混合溶液；S3，将氧化石墨烯分散液与铁盐混合溶液于反应釜中混合，通入氮气保护并升温
搅拌；S4，待达到设定温度后，滴加碱性溶液调节pH后保持温度以进行第一阶段反应；S5，第一阶段反应完成后加入还原剂并保持温度以进行第二阶段反应；S6，待第二阶段反应完成后转出反应产物，外加磁场进行沉淀；S7，将沉淀物洗涤、干燥，即得到四氧化三铁/还原氧化石墨烯纳米吸波粒子。
[0007]作为本专利技术绿色工业化制备方法技术方案的进一步改进，所述Fe
2+
的可溶性铁盐为硫酸亚铁、氯化亚铁及其水合物中的一种或多种。
[0008]作为本专利技术绿色工业化制备方法技术方案的进一步改进，所述Fe
3+
的可溶性铁盐为柠檬酸铁、硫酸铁、硝酸铁、氯化铁及其水合物中的一种或多种。
[0009]作为本专利技术绿色工业化制备方法技术方案的进一步改进，所述碱性溶液为氢氧化钠、氢氧化钾、氨水、氢氧化钙、氢氧化钡、碳酸钠、碳酸氢钠中的一种或多种。
[0010]作为本专利技术绿色工业化制备方法技术方案的进一步改进，所述还原剂为尿素、柠檬酸、抗坏血酸、聚壳糖中的一种或多种。
[0011]作为本专利技术绿色工业化制备方法技术方案的进一步改进，所述铁盐混合溶液中可溶性铁盐与氧化石墨烯加入质量比为(30
‑
100):1。
[0012]作为本专利技术绿色工业化制备方法技术方案的进一步改进，在S3中，所述升温搅拌阶段的温度为50
‑
100℃，时间为0.5
‑
3h；所述第一阶段的反应温度为50
‑
100℃，时间为1
‑
4h；所述第二阶段的反应温度为50
‑
100℃，时间为1
‑
4h。
[0013]本专利技术进一步提供了一种四氧化三铁/还原氧化石墨烯/树脂吸波复合材料的制备方法，包括如下步骤：（1）、将树脂、固化剂、四氧化三铁/还原氧化石墨烯纳米吸波粒子混合均匀，获得共混物；（2）、将步骤（1）中得到的共混物分为至少三份；（3）、将第一份共混物浇注入模具中后使其流平，然后在一定温度下使树脂进行凝胶化反应；（4）、当步骤（3）中的树脂到达凝胶状态时，将第二份共混物浇注入模具中后使其流平，然后在与步骤（3）相同的温度下使树脂进行凝胶化反应；（5）重复操作，直至所有步骤（2）中的共混物全部浇注入模具中；（6）、将步骤（5）的模具放置在一定温度下以使树脂进行固化反应；固化反应完成后脱模，即得到四氧化三铁/还原氧化石墨烯/树脂吸波复合材料。
[0014]在本专利技术中，步骤（2）中共混物进行分离时，可以是等分的，也可以是非等分的。
[0015]作为复合材料技术方案的进一步改进，步骤（1）中所述树脂为双酚A型环氧树脂、双酚F型环氧树脂中的一种或多种。
[0016]作为复合材料技术方案的进一步改进，步骤（1）中所述固化剂为胺类固化剂或酸酐类固化剂中的一种或多种。
[0017]本专利技术与现有技术相比，具有如下优点：（1）由于选用蒸馏水作为反应溶剂，且所使用的药品均无毒无害，因此本专利技术的四氧化三铁/还原氧化石墨烯纳米吸波粒子的整套产业化工艺对环境无污染，生产过程安全，对操作人员无毒害。
[0018]（2）本专利技术中的纳米吸波粒子由四氧化三铁和还原氧化石墨烯复合而成，既具有优异的阻抗匹配性能，通过磁损耗和介电损耗的协同作用，又可以赋予四氧化三铁/还原氧化石墨烯良好的吸波性能。
[0019]（3）本专利技术在制备四氧化三铁/还原氧化石墨烯/树脂吸波复合材料时采用的分层固化工艺，可以限制每一层共混物中粒子的沉降，从而保障所制备的吸波复合材料在厚度方向上电磁性能的均匀性。
附图说明
[0020]为了更清楚地说明本专利技术具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0021]图1为实施例1和2制备的四氧化三铁/还原氧化石墨烯纳米吸波粒子的磁滞回线图。
[0022]图2为测试例2的取样方式示意图。
[0023]图3为实施例1和2制备的四氧化三铁/还原氧化石墨烯纳米吸波粒子的相对介电常数 (a
‑
b)、介电损耗正切(c)、相对磁导率(d
‑
e)、磁损耗正切(f)图。其中(a)图中，两个实施例的介电常数本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种四氧化三铁/还原氧化石墨烯的绿色工业化制备方法，其特征在于，包括如下步骤：S1，制备氧化石墨烯分散液；S2，以可溶性铁盐制备含有Fe
2+
、Fe
3+
的铁盐混合溶液；S3，将氧化石墨烯分散液与铁盐混合溶液于反应釜中混合，通入氮气保护并升温搅拌；S4，待达到设定温度后，滴加碱性溶液调节pH后保持温度以进行第一阶段反应；S5，第一阶段反应完成后加入还原剂并保持温度以进行第二阶段反应；S6，待第二阶段反应完成后转出反应产物，外加磁场进行沉淀；S7，将沉淀物洗涤、干燥，即得到四氧化三铁/还原氧化石墨烯纳米吸波粒子。2.根据权利要求1所述的一种四氧化三铁/还原氧化石墨烯的绿色工业化制备方法，其特征在于，所述Fe
2+
的可溶性铁盐为硫酸亚铁、氯化亚铁及其水合物中的一种或多种。3.根据权利要求1所述的一种四氧化三铁/还原氧化石墨烯的绿色工业化制备方法，其特征在于，所述Fe
3+
的可溶性铁盐为柠檬酸铁、硫酸铁、硝酸铁、氯化铁及其水合物中的一种或多种。4.根据权利要求1所述的一种四氧化三铁/还原氧化石墨烯的绿色工业化制备方法，其特征在于，所述碱性溶液为氢氧化钠、氢氧化钾、氨水、氢氧化钙、氢氧化钡、碳酸钠、碳酸氢钠中的一种或多种。5.根据权利要求1所述的一种四氧化三铁/还原氧化石墨烯的绿色工业化制备方法，其特征在于，所述还原剂为尿素、柠檬酸、抗坏血酸、聚壳糖中的一种或多种。6.根据权利要求1所述的一种四氧化三铁/还原氧化石墨烯的绿色工业化制备方法，其特征在于，所述铁盐混合溶液中可溶性铁盐与氧化石墨烯加入质量比为(30
‑
100):1。7.根据权利要求1所述的一种四氧化三铁/还原...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘亚青，韩冠宇，樊益泽，黄绍梁，温凯，赵贵哲，
申请(专利权)人：山西中北新材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：