一种核壳结构镍铁氧体@二氧化硅/氮掺杂石墨烯复合气凝胶吸波材料的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种镍铁氧体@二氧化硅/氮掺杂石墨烯复合气凝胶吸波材料及其制备方法。首先以六水合氯化镍和六水合氯化铁为金属盐前驱体合成镍铁氧体，采用正硅酸乙酯为硅源在镍铁氧体表面包覆二氧化硅，制得核壳结构镍铁氧体@二氧化硅，然后用硅烷偶联剂3

【技术实现步骤摘要】
一种核壳结构镍铁氧体@二氧化硅/氮掺杂石墨烯复合气凝胶吸波材料的制备方法


[0001]本专利技术属于电磁波吸收材料领域，并涉及一种核壳结构镍铁氧体@二氧化硅/氮掺杂石墨烯复合气凝胶吸波材料吸波材料的制备方法。
技术背景
[0002]如今，5G通信、雷达探测等电磁波技术的发展，促进了民用和军事领域的进步。然而，电磁辐射和信息暴露的问题已经变得越来越严重。因此，迫切需要制备宽频带、吸收强度强、填充比低的先进电磁波吸收剂来解决这一困境。
[0003]还原氧化石墨烯(RGO)作为一种石墨烯衍生物，由于其独特的片状结构、丰富的含氧官能团和优异的机械强度等优点，被广泛认为是很有前途的电磁波吸收剂候选材料。然而，还原氧化石墨烯电导率过高和介质损耗机制单一导致的阻抗失配会导致吸收性能不理想。根据以往报道，在还原氧化石墨烯片材上负载磁性粒子引入磁损耗机制是增强RGO的电磁波吸吸收能力的可行方法。尖晶石镍铁氧体(NiFe2O4)是一种典型的磁性材料，由于其合成成本低、饱和磁化强度适中和化学稳定性好，已广泛应用于电磁吸收领域；但其填充比高、密度大、匹配厚度过大等缺点严重阻碍了其作为高效电磁波吸收剂的发展。二氧化硅(SiO2)常被用包覆层，以降低铁氧体的密度，提高其耐腐蚀性；更重要的是，由于SiO2对电磁波的透波性较好，因此被认为是理想的介电损耗型材料。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种核壳结构镍铁氧体@二氧化硅/氮掺杂石墨烯复合气凝胶吸波材料高效吸波剂的制备方法，该复合材料中二维片状氮掺杂石墨烯相互堆叠形成三维多孔网络结构，且薄片表面均匀负载核壳结构镍铁氧体@二氧化硅微球。该复合材料不但具有匹配厚度薄、吸收强度大的特点，还可以实现对整个Ku波段和部分X波段电磁波的有效吸收，而且其制备过程绿色无污染。
[0005]本专利技术的技术方案如下：
[0006]核壳结构镍铁氧体@二氧化硅/氮掺杂石墨烯复合气凝胶吸波剂由氮掺杂石墨烯薄片相互堆叠形成三维多孔网络，且薄片表面均匀负载核壳结构镍铁氧体@二氧化硅微球构成。
[0007]核壳结构镍铁氧体@二氧化硅/氮掺杂石墨烯复合气凝胶吸波剂制备方法如下：
[0008](1)取1个150.0mL烧杯，加入40.0mL乙二醇，之后加入0.59g六水合氯化铁，1.35g六水合氯化钴，剧烈搅拌使其完全溶解；
[0009](2)往150.0mL烧杯继续加入3.6g尿素，2.0mL聚乙二醇(PEG
‑
400)和4.0g聚乙烯吡咯烷酮(PVP
‑
K30)，剧烈搅拌4.0h得到混合分散液；
[0010](3)将混合分散液转移至体积为50.0mL的聚四氟乙烯内衬的不锈钢反应釜中，在200.0℃下溶解热反应8.0h。
[0011](4)反应结束后，冷却至室温，对产物进行磁性分离得到镍铁氧体，用去离子水洗涤多次使得pH达到中性；
[0012](5)将镍铁氧体预冻12.0h后，转移至冷冻干燥机中，低温干燥24.0h研磨得到纯净的镍铁氧体；
[0013](6)另取一个250.0mL的烧杯，加入80.0mL乙醇和20.0mL去离子水，加入200.0mg步骤(5)得到的镍铁氧体，超声30.0min至分散均匀；
[0014](7)往步骤(6)中滴加200.0μL正硅酸乙酯，在室温下搅拌12.0h得到二氧化硅包覆的镍铁氧体的分散液；
[0015](8)在(7)得到的分散液中加入300.0μL 3
‑
氨基丙基三甲氧基硅烷，搅拌30.0min后将分散液转移至聚四氟乙烯内衬的不锈钢反应釜中100.0℃下反应24.0h；
[0016](9)反应结束并冷却到室温后，对产物进行磁性分离，用去离子水洗涤多次得到硅烷偶联剂修饰的核壳结构镍铁氧体@二氧化硅；
[0017](10)另取1个100.0mL烧杯，每个烧杯分别加入30.0mL去离子水，边搅拌边加入90.0mg氧化石墨，超声45.0min得到氧化石墨烯分散液；
[0018](11)在100.0mL烧杯中分别继续加入30.0mg步骤(5)得到的镍铁氧体，步骤(7)中得到的核壳结构镍铁氧体@二氧化硅以及步骤(9)得到的硅烷偶联剂修饰的核壳结构镍铁氧体@二氧化硅，超声30.0min并搅拌30.0min至分散均匀；
[0019](12)往100.0mL烧杯中分别加入180.0μL乙二胺搅拌2.0h得到均匀分散液；
[0020](13)将分散液转移至50.0mL的水热釜中进行水热反应从而得到水凝胶；
[0021](14)反应结束后，冷却至室温，将所得到的复合水凝胶透析36.0h除去杂质；
[0022](15)将水凝胶产物预冻12.0h后，转移至冷冻干燥机中，低温干燥48.0h得到复合气凝胶产物。
[0023]所述步骤(1)中FeCl3·
6H2O和NiCl2·
6H2O的添加量需保持Ni
2+
占Fe
3+
和Ni
2+
的摩尔百分数为33.3mol.％；
[0024]所述步骤(2)中PVP
‑
K30加入后，搅拌时长为4.0h；
[0025]所述步骤(4)中将反应釜内衬取出，并去除上层清液，得到底部黑色沉淀物质，采用磁性分离方法，用去离子水洗涤多次，至pH为中性；
[0026]所述步骤(6)中水和乙醇体积比为1：4；
[0027]所述步骤(7)和(8)中反应条件分别为室温下搅拌12.0h和聚四氟乙烯内衬的不锈钢反应釜中100.0℃下反应24.0h；
[0028]所述步骤(10)中超声时间为45.0min；
[0029]所述步骤(12)中乙二胺为掺氮试剂，其添加体积为180.0μL，并需剧烈搅拌2.0h；
[0030]所述步骤(15)中的干燥方式为真空冷冻干燥，干燥时间为48.0h。
[0031]与现有技术相比，本专利技术的有益技术效果体现在以下方面：
[0032]1、本专利技术制备的核壳结构镍铁氧体@二氧化硅/氮掺杂石墨烯复合气凝胶吸波剂操作简单，绿色安全，无任何有毒有害物质产生。
[0033]2、核壳结构镍铁氧体@二氧化硅/氮掺杂石墨烯复合气凝胶由氮掺杂石墨烯薄片相互堆叠形成三维多孔网络，且薄片表面均匀负载核壳结构镍铁氧体@二氧化硅微球构成。
[0034]3、核壳结构镍铁氧体@二氧化硅/氮掺杂石墨烯复合气凝胶吸波剂的吸波性能优
异，具有匹配厚度薄、吸收强度大、吸收频带宽、填充比低的特点。经3
‑
氨基丙基三甲氧基硅烷改性后，在12.5wt％的填充比、2.1mm厚度下吸波剂的吸收强度可达
‑
30.8GHz、有效吸收带宽达到7.04GHz，实现对整个Ku波段的吸收。厚度为3.4mm时，最大吸收强度可达
‑
56.0dB。
[0035]4、本专利技术制备的核壳结构镍铁氧体@二氧化硅/氮掺杂石本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种核壳结构镍铁氧体@二氧化硅/氮掺杂石墨烯复合气凝胶吸波材料的制备方法，其特征在于：所述复合气凝胶中氮掺杂石墨烯薄片堆叠形成三维多孔网络结构，且薄片表面均匀负载核壳结构镍铁氧体@二氧化硅微球。所述复合气凝胶吸波材料通过以下方法制备：(1)取1个150.0mL烧杯，加入40.0mL乙二醇，之后加入0.59g六水合氯化铁，1.35g六水合氯化钴，剧烈搅拌使其完全溶解；(2)往150.0mL烧杯继续加入3.6g尿素，2.0mL聚乙二醇(PEG
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400)和4.0g聚乙烯吡咯烷酮(PVP
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K30)，剧烈搅拌4.0h得到混合分散液；(3)将混合分散液转移至体积为50.0mL的聚四氟乙烯内衬的不锈钢反应釜中，在200.0℃下溶解热反应8.0h。(4)反应结束后，冷却至室温，对产物进行磁性分离得到镍铁氧体，用去离子水洗涤多次使得pH达到中性；(5)将镍铁氧体预冻12.0h后，转移至冷冻干燥机中，低温干燥24.0h研磨得到纯净的镍铁氧体；(6)另取一个250.0mL的烧杯，加入80.0mL乙醇和20.0mL去离子水，加入200.0mg步骤(5)得到的镍铁氧体，超声30.0min至分散均匀；(7)往步骤(6)中滴加200.0μL正硅酸四乙酯，在室温下搅拌12.0h得到二氧化硅包覆的镍铁氧体的分散液；(8)在(7)得到的分散液中加入300.0μL 3
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氨基丙基三甲氧基硅烷，搅拌30.0min后将分散液转移至聚四氟乙烯内衬的不锈钢反应釜中100.0℃下反应24.0h；(9)反应结束并冷却到室温后，对产物进行磁性分离，用去离子水洗涤多次得到硅烷偶联剂修饰的核壳结构镍铁氧体@二氧化硅；(10)另取1个100.0mL烧杯，每个烧杯分别加入30.0mL去离子水，边搅拌边加入90.0mg氧化石墨，超声45.0min得到氧化石墨烯分散液；(11)在100.0mL烧杯中分别继续加入30.0mg步骤(5)得到的镍铁氧体，步骤(7)中得到的核壳结构镍铁氧体@二氧化硅以及步骤(9)得到的硅烷偶联剂修饰的核壳结构镍铁氧体@二氧化硅，超声30.0min并搅...

【专利技术属性】
技术研发人员：疏瑞文，杨勋宏，赵紫薇，
申请(专利权)人：安徽理工大学，
类型：发明
国别省市：