一种电磁吸收复合材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种电磁吸收复合材料及其制备方法和应用。一种复合材料，包括石墨烯；石墨烯的层状结构中穿插有碳壳包覆的金属纳米颗粒。本发明专利技术的电磁吸收的复合材料，是一种插层结构，金属纳米颗粒穿插于石墨烯中，纳米金属颗粒表面被碳壳包覆形成核壳结构，以增强多重反射损耗的方式提高了材料的电磁吸收性能。重反射损耗的方式提高了材料的电磁吸收性能。

【技术实现步骤摘要】
一种电磁吸收复合材料及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及通讯材料领域，具体涉及一种电磁吸收复合材料及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]通讯领域的快速发展使得电磁波在我们生活中应用得越来越普遍，电磁污染越来越严重。高功率、小体积、低质量是器件的发展方向，因此，研制出轻质、高效、宽范围、易制得的电磁吸收材料具有重要意义。
[0003]高性能二维材料如石墨烯是电磁波吸收领域的热点，其良好的介电性能使其在低填充负载下获得高的电磁吸收性能。但是如何降低高电导率引起的高电磁反射，增强电磁吸收能力(极化/弛豫损耗、多重反射损耗和磁损耗)一直是研究的核心。为了获得电磁吸收和电磁反射之间的良好平衡，纳米微结构设计是一种很有前途的方法，带有磁性金属纳米颗粒的三维层次网络材料更是重要的候选材料。然而大多数这类材料结构过于复杂，制备的过程往往伴随着精细的操作、繁琐的工艺或昂贵的设备，不利于实际应用。因此，如何通过简单的工艺实现材料的高性能仍然是一个挑战。

技术实现思路

[0004]为了克服现有技术存在电磁吸收材料制备工艺复杂、性能低的问题，本专利技术第一方面提供了一种可电磁吸收的复合材料，本专利技术第二方面提供了复合材料的制备方法，本专利技术第三方面提供了复合材料的应用。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术所采取的技术方案是：
[0006]本专利技术第一方面提供了一种复合材料，所述复合材料包括石墨烯；所述石墨烯的层状结构中穿插有碳壳包覆的金属纳米颗粒。
[0007]优选的，这种复合材料中，碳壳包覆的金属纳米颗粒的碳壳的厚度为5
‑
50nm。过低的厚度会造成碳壳的完整性缺失，过高的厚度会造成碳壳外层难以被金属催化从而石墨化，难以对氧化石墨烯造成刻蚀。
[0008]优选的，这种复合材料中，碳壳包覆的金属纳米颗粒碳壳与金属的质量比0.02
‑
2:1。金属纳米颗粒质量过多会导致团聚，过少会导致插层过少，石墨烯层间空腔过少。
[0009]优选的，这种复合材料中，碳壳包覆的金属纳米颗粒的粒径为20
‑
500nm。粒径过小会导致淬火过程的融化聚合，过大会导致材料内部空腔数量过少。
[0010]这种复合材料中，碳壳包覆的金属纳米颗粒中的金属可为任意具有催化非晶态碳转化为晶态碳(石墨烯)的金属，催化机制根据金属对碳原子的溶解度不同可分为溶解析出机制(高溶解度)和表面催化机制(低溶解度)，这里选择的是溶解度高的金属，例如可以是钯、铂、铷、铱、铁、钴、镍中的至少一种；金属可以选择单质或合金；金属优选为磁性金属纳米颗粒；选择具有更强磁性的金属/合金或者更大比表面积的金属/合金，可以通过增强磁损耗和多重反射损耗/极化弛豫损耗的方式进一步提高材料的电磁吸收性能；在本专利技术的
一些具体实施例中，金属纳米颗粒为镍纳米颗粒。
[0011]优选的，这种复合材料中，碳壳包覆的金属纳米颗粒与石墨烯的质量比为1：0.2
‑
5；进一步优选的，碳壳包覆的金属纳米颗粒与石墨烯的质量比为1：1
‑
5。
[0012]本专利技术第二方面提供了上述复合材料的制备方法，包括以下步骤：
[0013](1)将氧化石墨烯、金属纳米颗粒、分散剂在溶液中混合搅拌，离心，所得固体为氧化石墨烯
‑
金属纳米
‑
分散剂复合物；
[0014](2)所述氧化石墨烯
‑
金属纳米
‑
分散剂复合物进行淬火处理，得到所述复合材料。
[0015]利用高温下金属对碳的溶解析出机制，破坏石墨烯结构制备多孔石墨烯的同时，得到碳壳包覆的金属结构材料。即通过破坏石墨烯的大共轭结构，大幅降低材料的电导率从而降低材料的电磁反射性能，同时增加了石墨烯上的缺陷位和悬空键，增加了碳壳和金属，从而以极化弛豫损耗、多重反射损耗的方式提高了材料的电磁吸收性能；进一步的，使用磁性金属，还可以以增强磁损耗的方式提高材料的电磁吸收性能。
[0016]优选的，这种复合材料的制备方法中，分散剂为带胺基的聚合物；选择带胺基的聚合物作为分散剂，可以在酸性条件下带正电荷，从而对带负电荷的金属纳米颗粒形成良好的包覆，并吸附在带负电荷的氧化石墨烯上；进一步优选的，分散剂包括聚乙烯吡咯烷酮、聚氨酯类分散剂、蛋白类分散剂中的至少一种；再进一步优选的，分散剂为聚乙烯吡咯烷酮。
[0017]优选的，这种复合材料的制备方法中，金属纳米颗粒和分散剂的质量比为1：0.2
‑
3；进一步优选的，金属纳米颗粒和分散剂的质量比为1：0.2
‑
2；再进一步优选的，金属纳米颗粒和分散剂的质量比为1：0.2
‑
1。
[0018]优选的，这种复合材料的制备方法中，淬火的温度为600
‑
1500℃；进一步优选的，淬火处理的具体步骤为：氧化石墨烯
‑
金属纳米
‑
分散剂复合物在保护气氛中，以2
‑
20℃/min升温至600
‑
1500℃后保温1
‑
30min，然后降温至常温。
[0019]进一步优选的，淬火的温度为800
‑
1000℃；在本专利技术的一些具体优选实施例中，淬火的温度为900℃。
[0020]本专利技术第三方面提供了上述复合材料在制备电磁吸收材料和/或电磁屏蔽材料中的应用；本专利技术的复合材料可以作为填料添加至各种基材中，赋予基材新的电磁吸收的性能，掺有本专利技术的复合材料的基材可以制作成涂层、密封盒、塑料板等；本专利技术的复合材料作为填料制备的设备，可以用于减少或消除5G通讯电磁波对外界的伤害。
[0021]本专利技术的有益效果是：
[0022]本专利技术的电磁吸收的复合材料，是一种插层结构，金属纳米颗粒穿插于石墨烯中，纳米金属颗粒表面被碳壳包覆形成核壳结构，以增强多重反射损耗的方式提高了材料的电磁吸收性能。
[0023]本专利技术的电磁吸收的复合材料，以3wt％的添加量加入至基材中(如石蜡)中，可以实现
‑
53.9dB电磁吸收(RLmin)以及4.6GHz的有效吸收频率宽度(EAB)。
[0024]本专利技术的电磁吸收的复合材料的制备方法，制备方法简单快捷，无需特殊仪器设备，利用淬火升温过程中金属对碳的溶解作用，刻蚀石墨烯，获得多孔石墨烯，这一过程破坏了石墨烯的大共轭结构，大幅降低材料的电导率，降低材料的电磁反射，同时增加了石墨烯上的缺陷位和悬空键，从而以极化弛豫损耗的方式提高了材料的电磁吸收性能，形成了
金属@碳核壳结构材料以及石墨烯插层材料，新形成的碳壳和石墨烯层间纳米空腔以多重反射损耗的方式提高了材料的电磁吸收性能，如果使用磁性金属，还可以以增强磁损耗的方式提高材料的电磁吸收性能。
附图说明
[0025]图1为实施例1制备电磁吸收复合材料的流程示意图。
[0026]图2为实施例1的氧化本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种复合材料，其特征在于，所述复合材料包括石墨烯；所述石墨烯的层状结构中穿插有碳壳包覆的金属纳米颗粒。2.根据权利要求1所述的复合材料，其特征在于，所述碳壳包覆的金属纳米颗粒的碳壳的厚度为5
‑
50nm。3.根据权利要求2所述的复合材料，其特征在于，所述碳壳包覆的金属纳米颗粒中的金属为磁性金属纳米颗粒。4.根据权利要求1所述的复合材料，其特征在于，所述碳壳包覆的金属纳米颗粒与所述石墨烯的质量比为1：0.2
‑
5。5.权利要求1至4任意一项所述的复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将氧化石墨烯、金属纳米颗粒、分散剂在溶液中混合搅拌，离心，所得固体为氧化石墨烯
‑
金属纳米
‑
...

【专利技术属性】
技术研发人员：余越，庞浩，廖兵，
申请(专利权)人：广东省科学院化工研究所，
类型：发明
国别省市：