一种石墨烯吸波复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术属于吸波材料技术领域，具体公开了一种石墨烯吸波复合材料及其制备方法，材料包括：石墨烯片层，以及呈四方结构均匀堆积在石墨烯片层上的镍和/或钴。制备方法包括：将含有镍离子和/或钴离子、以及氧化石墨烯的分散体系中，加入沉淀剂混合均匀得到反应混合物；将反应混合物通过水热法制备得到悬浮液，然后将悬浮液过滤洗涤后冷冻干燥，低温焙烧，到复合材料。本发明专利技术制备的石墨烯吸波复合材料，反射损耗可低至

【技术实现步骤摘要】
一种石墨烯吸波复合材料及其制备方法


[0001]本专利技术属于吸波材料
，具体涉及一种石墨烯吸波复合材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]随着无线通信、移动设备等电子技术的快速发展和小型化，过量的电磁辐射已被认为是造成污染的第四大原因，严重威胁着人类健康。吸波材料对微波辐射的衰减能力，能够主动吸收微波辐射，并将其能量转化为热能或干扰分散的微波，具有十分重要的意义。大量的研究已经投入到创造高效微波吸收材料以减少电磁污染上。
[0003]石墨烯具有高载流子迁移率、低密度和大比表面积等优点，具有巨大的微波吸收潜力。仅使用石墨烯作为吸收体，由于石墨烯导电性高，损耗机制单一，降低了界面阻抗匹配，导致微波吸收性能普遍较差。利用磁性纳米颗粒组装石墨烯来调节和平衡吸波材料的电磁参数，是提高微波吸收性能的可行方法。在纳米片、纤维或核/壳纳米结构等材料上组装或掺杂不同的磁性纳米颗粒，如CoNi和Ag修饰的石墨烯、空心镍纳米芯改性还原氧化石墨烯、Fe3O4改性还原氧化石墨烯等，已经成功制备了许多复合材料来改善纯石墨烯阻抗匹配。另外，石墨烯界面间的电荷转移、石墨烯自由载流子的极化弛豫、石墨烯与磁性粒子之间的电磁连接，以及复合材料中叠加的褶皱产生的大量散射和反射也使得复合材料的吸波性能得到改善。然而磁性颗粒改性石墨烯吸波复合材料中仍旧存在的带宽较窄，工艺复杂等问题，限制了其生产及应用领域。
[0004]专利CN110157266A公开了一种高导热石墨烯吸波复合材料及制备方法，采用石墨烯膜与吸波材料复合制备出的石墨烯吸波材料，其中，以吸波材料为基底，石墨烯膜层的原料包括：石墨烯、有机高分子溶液、树脂。该专利旨在使用石墨烯膜层提升吸波材料的导热性能。

技术实现思路

[0005]针对上述已有技术存在的不足，本专利技术提供一种具有超宽频微波吸收的镍和/或钴颗粒以四方结构堆积形式支撑的石墨烯吸波复合材料及其制备方法。
[0006]本专利技术是通过以下技术方案实现的。
[0007]一种石墨烯吸波复合材料，包括：石墨烯片层，以及镍和/或钴；所述镍和/或钴呈四方结构均匀的堆积在所述石墨烯片层上。
[0008]一种上述的石墨烯吸波复合材料的制备方法，包括：
[0009](1)将含有镍离子和/或钴离子、以及氧化石墨烯的分散体系中，加入沉淀剂混合均匀得到反应混合物，所述沉淀剂为草酸根离子；
[0010](2)将经步骤(1)得到的反应混合物通过水热法制备得到悬浮液，然后将悬浮液过滤洗涤后冷冻干燥，最后经低温焙烧得到所述的石墨烯吸波复合材料。
[0011]优选的，步骤(1)中，所述镍离子的原料为硝酸镍、硫酸镍、氯化镍和乙酸镍中的至
少一种，所述钴离子的原料为硝酸钴、硫酸钴、氯化钴和乙酸钴中的至少一种，所述草酸根离子的原料为草酸、草酸铵、草酸钠中的至少一种。
[0012]优选的，所述氧化石墨烯与镍和/或钴的质量比为10～1：1；所述草酸根离子与镍和/或钴的摩尔比为25～1：1。
[0013]优选的，所述氧化石墨烯与镍和/或钴的质量比为6～1：1；所述草酸根离子与镍和/或钴的摩尔比为10～1：1。
[0014]优选的，步骤(1)中，反应混合物中加入添加剂，所述添加剂为聚乙二醇、聚乙烯醇、聚乙烯亚胺、聚二烯二甲基氯化铵、甲基纤维素中的一种或多种混合，所述添加剂的添加量为氧化石墨烯的0～2％(质量百分含量)。
[0015]优选的，所述添加剂的添加量为氧化石墨烯的0～1％。
[0016]优选的，步骤(1)中，控制反应体系的pH 2～9；步骤(2)中，水热条件为110～200℃，1～48h。
[0017]优选的，步骤(1)中，控制反应体系的pH 6～9；步骤(2)中，水热条件为120～180℃，4～24h。
[0018]优选的，步骤(2)中，冷冻干燥条件为在温度为
‑
45℃以下、真空度为0.1Pa以下的环境中干燥24～96h。
[0019]优选地，步骤(2)中，在真空、氮气或氩气保护气氛下，200～600℃低温焙烧1～12h。
[0020]优选地，步骤(2)中，在300～500℃温度下焙烧1～12h。
[0021]本专利技术制备的石墨烯吸波复合材料，反射损耗可低至
‑
67.1dB，有效带宽可到8GHz以上。
[0022]本专利技术的有益技术效果：
[0023]1)本专利技术提供的石墨烯吸波复合材料中，镍和/或钴颗粒以四方结构的形式堆积在石墨烯片层上；
[0024]2)四方结构堆积的镍/钴颗粒将层状石墨烯撑开，增加了界面损耗和磁损耗，提高了所得复合材料的阻抗匹配特性，另外复合材料中叠加的褶皱产生的大量散射和反射也使得复合材料的吸波性能得到改善，使其具有优异的超宽频吸波性能。
[0025]3)本专利技术提供的石墨烯吸波复合材料的制备工艺流程简单，所需工艺设备和原料廉价易得，具有工业化生产和应用的潜力。
附图说明
[0026]图1为草酸镍、草酸镍/钴和草酸钴的SEM电镜照片；
[0027]图2为镍/石墨烯、镍/钴/石墨烯和钴/石墨烯复合材料的SEM电镜照片；
[0028]图3为镍/钴/石墨烯复合材料的XRD；
[0029]图4为不同热还原温度下镍/石墨烯复合材料的3D反射率和吸波带宽(EAB)。
具体实施方式
[0030]下面结合附图和具体实施方式对本专利技术进行详细说明。
[0031]实施例1
[0032]1)将400mg氧化石墨烯溶于50ml去离子水中，用超声波分散60分钟，形成棕色氧化石墨烯溶液。将1982mg Ni(NO3)2·
6H2O溶于10ml去离子水中，得到硝酸镍溶液。将棕色氧化石墨烯悬浮液与硝酸镍溶液结合，然后搅拌30分钟。用10ml去离子水溶解1719mg H2C2O4·
2H2O，得到草酸溶液。将草酸溶液缓慢加入硝酸镍溶液和石墨烯悬浮液混合物中，搅拌30分钟，得到反应混合物，控制反应体系pH5
‑
7。
[0033]2)将反应混合物放入100ml特氟龙内衬不锈钢热压釜中，在150℃下反应7h后，得到悬浮液，将悬浮液过滤洗涤，其中用去离子水离心3次，每次离心3分钟，然后在
‑
45℃以下、真空度为0.1Pa以下冷冻干燥24h，在400℃下焙烧2h得到镍颗粒呈四方结构堆积的石墨烯复合吸波材料。
[0034]本实施例制备的镍/石墨烯复合吸波材料与85％石蜡制成外径为7mm、内径为3.04mm的环形混合物样品。采用同轴法测试，通过矢量网络分析仪测量样品在2
‑
18GHz范围内的电磁参数，再使用CST软件计算出复合材料的反射损耗情况。反射损耗最低为
‑
67.1dB，有效带宽EAB为8.66GHz。
[0035]实施例2
[0036]1)将400mg氧化石墨烯溶于50ml去离子水中，用超声波分散60分钟，形成棕色本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种石墨烯吸波复合材料，其特征在于，所述材料包括：石墨烯片层，以及镍和/或钴；所述镍和/或钴呈四方结构均匀的堆积在所述石墨烯片层上。2.一种如权利要求1所述的石墨烯吸波复合材料的制备方法，其特征在于，所述方法包括：(1)将含有镍离子和/或钴离子、以及氧化石墨烯的分散体系中，加入沉淀剂混合均匀得到反应混合物，所述沉淀剂为草酸根离子；(2)将经步骤(1)得到的反应混合物通过水热法制备得到悬浮液，然后将悬浮液过滤洗涤后冷冻干燥，最后经低温焙烧得到所述的石墨烯吸波复合材料。3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述镍离子的原料为硝酸镍、硫酸镍、氯化镍和乙酸镍中的至少一种，所述钴离子的原料为硝酸钴、硫酸钴、氯化钴和乙酸钴中的至少一种，所述草酸根离子的原料为草酸、草酸铵、草酸钠中的至少一种。4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述氧化石墨烯与镍和/或钴的质量比为10～1：1；所述草酸根离子与镍和/或钴的摩尔比为25～1：1。5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述氧化石墨烯与镍和/或钴的质量比为6～1：1；所述草酸根离子与镍和/或钴的摩尔比为10～1：1。6....

【专利技术属性】
技术研发人员：马玉天，杜作娟，陈爱良，程少逸，侯明明，张鹏，孙渊君，张娟，卢苏君，苏玉娟，王玉芳，陈茜，冯艳，陈国举，王瑄，陈彩霞，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：