一种三维石墨烯泡沫及其制备方法与应用和吸波材料技术

本发明专利技术提供了一种三维石墨烯泡沫及其制备方法与应用和吸波材料，所述三维石墨烯泡沫是先将氧化石墨烯浆料、还原剂及造孔剂混合，然后对所得混合溶液进行水热反应，再对反应所得石墨烯凝胶进行真空干燥后得到的；其中，所述造孔剂包括于水热反应及真空干燥的温度条件下均能升华的造孔剂。本发明专利技术所提供的三维石墨烯泡沫具有低密度、高介电性能(导电性能)以及内部孔结构可调等优势；且将其作为吸波材料所用吸波剂时，具有超低添加量即可获得优异吸波性能的优点；于此同时，所述三维石墨烯泡沫的制备方法工艺简单，成本低廉。成本低廉。成本低廉。

【技术实现步骤摘要】
一种三维石墨烯泡沫及其制备方法与应用和吸波材料


[0001]本专利技术涉及一种三维石墨烯泡沫及其制备方法与应用和吸波材料，属于多孔电损耗吸波材料


技术介绍

[0002]随着科学研究和通信手段的不断发展，电子设备在工商业和医疗业等领域的应用愈加广泛。电子产品在给人类生活带来更多便利的同时，也带来了更多潜在的危害。大量电子设备的应用使得电磁污染问题愈发严峻，人们的身体健康和生活环境受到严重威胁。在军事领域，随着侦查探测技术的不断完善，武器装备在战场中的生存能力受到严峻挑战。因此，为降低电磁污染以保护人体健康，提升军事实力以巩固国防安全，设计符合要求的高性能微波吸收材料已经成为目前的研究热点。
[0003]二维石墨烯材料因具有密度低、比表面积高、导电和介电性能好等优点在吸波领域引起广泛关注。同时，由石墨烯衍生的氧化石墨烯和还原氧化石墨烯因具有更多的缺陷和含氧官能团而具有更好的阻抗匹配性能和电磁衰减能力，近年来更是成为研究热点。石墨烯材料的出现有望克服铁氧体、陶瓷等传统吸波材料密度大、吸收频带窄等缺点，更好地满足吸波材料对“薄、轻、宽、强”的要求。但是石墨烯因其巨大的比表面积而易发生团聚现象，作为填充剂与石蜡进行混合时分散性差，分布不均匀，为体现其良好的介电损耗往往需要较大的填充比，这严重限制了石墨烯作为吸波材料的应用。三维石墨烯因其不易团聚的特点很好地克服了这一问题，它表现出的更好的介电性能和更低的密度更是使其成为理想的吸波材料。同时，三维石墨烯内部孔结构对电磁波的反射、散射及干涉作用也是其作为吸波材料所特有的优势。现阶段，研究三维石墨烯的内部孔结构对其吸波性能影响的实验较少，这主要是受现有制备方法的限制。目前，三维石墨烯一般采取冷冻干燥法和模板法进行制备。其中，冷冻干燥法一般是通过石墨烯层片之间粒子的相互作用来形成三维结构，通过冷冻的方式将液体(一般是水或者乙醇等还原剂)冷凝成固体，而后干燥升华留下孔洞，随机性较强，无法有效地控制最终三维石墨烯内部形貌，即通过冷冻干燥的方式几乎无法得到不发生形变的三维石墨烯，而模板法一般需要使用强酸或者强碱去除模板，极易破坏产物结构。综上，想要在不破话三维石墨烯产物结构的前提下，较为有效地控制三维石墨烯内部孔径结构并研究其对吸波性能的影响是本领域的技术难题。
[0004]因此，提供一种新型的三维石墨烯泡沫及其制备方法与应用和吸波材料已经成为本领域亟需解决的技术问题。

技术实现思路

[0005]为了解决上述的缺点和不足，本专利技术的一个目的在于提供一种三维石墨烯泡沫。
[0006]本专利技术的另一个目的还在于提供以上所述的三维石墨烯泡沫的制备方法。
[0007]本专利技术的又一个目的还在于提供以上所述的三维石墨烯泡沫作为吸波材料所用吸波剂的应用。
[0008]本专利技术的再一个目的还在于提供一种吸波材料，其中，所述吸波材料使用的吸波剂包括以上所述的三维石墨烯泡沫。
[0009]为了实现以上目的，一方面，本专利技术提供了一种三维石墨烯泡沫，其中，所述三维石墨烯泡沫是先将氧化石墨烯浆料、还原剂及造孔剂混合，然后对所得混合溶液进行水热反应，再对反应所得石墨烯凝胶进行真空干燥后得到的；
[0010]其中，所述造孔剂包括于水热反应及真空干燥的温度条件下均能升华的造孔剂。
[0011]本专利技术中，对所述混合溶液进行水热反应过程中，造孔剂于水热反应的温度条件下升华后以气体形式存在于体系中，并随着水热反应的进行填充到石墨烯凝胶中，水热反应结束后的冷却过程中，填充于石墨烯凝胶中的气体形式的造孔剂变为结晶状态(如萘晶)，而后在真空干燥过程中结晶状态的造孔剂于真空干燥的温度条件下再次升华并于所述石墨烯凝胶中留下孔洞，同时在该过程中石墨烯凝胶不会发生形变，从而即可得到密度很低的三维石墨烯泡沫。
[0012]作为本专利技术以上所述三维石墨烯泡沫的一具体实施方式，其中，所述氧化石墨烯浆料与所述还原剂的体积比为1:1
‑
1:2，优选为1:1，所述氧化石墨烯浆料和还原剂形成的混合液的体积与所述造孔剂的质量之比为3:1
‑
6:1，其中，体积和质量的单位分别为mL和g。
[0013]本专利技术可通过使用造孔剂实现于石墨烯材料中形成孔洞结构的目的，并可通过调整所述造孔剂的用量有效控制所得三维石墨烯泡沫的最终形貌。
[0014]作为本专利技术以上所述三维石墨烯泡沫的一具体实施方式，其中，所述还原剂包括乙二醇、乙醇、抗坏血酸钠水溶液或者次磷酸钠水溶液。
[0015]作为本专利技术以上所述三维石墨烯泡沫的一具体实施方式，其中，所述造孔剂包括萘、碘或者樟脑丸等。
[0016]作为本专利技术以上所述三维石墨烯泡沫的一具体实施方式，其中，所述氧化石墨烯浆料的浓度为1
‑
3mg/mL。
[0017]作为本专利技术以上所述三维石墨烯泡沫的一具体实施方式，其中，所述水热反应的温度为160
‑
240℃，时间为8
‑
16h；
[0018]优选地，所述水热反应的温度为200℃，时间为12h。
[0019]作为本专利技术以上所述三维石墨烯泡沫的一具体实施方式，其中，所述真空干燥包括：
[0020]先于60
‑
90℃真空干燥40
‑
60h，再于110
‑
150℃真空干燥32
‑
48h；
[0021]优选地，所述真空干燥为先于60℃真空干燥48h，再于120℃真空干燥36h。
[0022]本专利技术通过使用造孔剂实现于石墨烯材料中形成孔洞结构，在后续对石墨烯凝胶进行真空干燥时也不会破坏最终所得三维石墨烯泡沫产物的结构。
[0023]作为本专利技术以上所述三维石墨烯泡沫的一具体实施方式，其中，所述三维石墨烯泡沫具有三维多孔网状结构，其密度为0.012
‑
0.030g/cm
‑3，介电常数实部最大值为6
‑
12。
[0024]本专利技术中，影响所述三维石墨烯泡沫样品密度的原因较为复杂，其中，最为直接的影响因素即为萘用量，萘用量的不同会直接引起反应釜内部的压强变化，而且也会造成样品内部压强的不同，从而使得最终所得三维石墨烯泡沫样品的体积不同，密度不同。
[0025]本专利技术所提供的三维石墨烯泡沫具有三维多孔网状结构，该三维多孔网状结构可有效改善石墨烯易团聚的缺点。
[0026]另一方面，本专利技术还提供了以上所述的三维石墨烯泡沫的制备方法，其中，所述制备方法包括：
[0027](1)将氧化石墨烯浆料、还原剂及造孔剂混合；
[0028](2)对步骤(1)中所得混合溶液进行水热反应；
[0029](3)再对步骤(2)中反应所得石墨烯凝胶进行真空干燥，得到所述三维石墨烯泡沫。
[0030]作为本专利技术以上所述的制备方法的一具体实施方式，其中，步骤(1)包括：将氧化石墨烯浆料与还原剂混合，于搅拌条件下向所得混合液中加入造孔剂。
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种三维石墨烯泡沫，其特征在于，所述三维石墨烯泡沫是先将氧化石墨烯浆料、还原剂及造孔剂混合，然后对所得混合溶液进行水热反应，再对反应所得石墨烯凝胶进行真空干燥后得到的；其中，所述造孔剂包括于水热反应及真空干燥的温度条件下均能升华的造孔剂。2.根据权利要求1所述的三维石墨烯泡沫，其特征在于，所述氧化石墨烯浆料与所述还原剂的体积比为1:1
‑
1:2，所述氧化石墨烯浆料和还原剂形成的混合液的体积与所述造孔剂的质量之比为3:1
‑
6:1；优选地，所述还原剂包括乙二醇、乙醇、抗坏血酸钠水溶液或者次磷酸钠水溶液；还优选地，所述造孔剂包括萘、碘或者樟脑丸。3.根据权利要求1或2所述的三维石墨烯泡沫，其特征在于，所述氧化石墨烯浆料的浓度为1
‑
3mg/mL。4.根据权利要求1或2所述的三维石墨烯泡沫，其特征在于，所述水热反应的温度为160
‑
240℃，时间为8
‑
16h。5.根据权利要求1或2所述的三维石墨烯泡沫，其特征在于，所述真空干燥包括：先于60
‑
90℃真空干燥40
‑
60h，再于110
‑
150℃真空干燥32

【专利技术属性】
技术研发人员：魏世丞，王博，刘振，王玉江，梁义，郭蕾，陈茜，
申请(专利权)人：中国人民解放军陆军装甲兵学院，
类型：发明
国别省市：