一种氮掺杂还原氧化石墨烯/中空镁铁氧体@二氧化硅纳米复合吸波材料的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种氮掺杂还原氧化石墨烯/中空镁铁氧体@二氧化硅纳米复合吸波材料及其制备方法。首先以六水合氯化铁和六水合氯化镁为金属盐前驱体通过溶剂热反应合成中空镁铁氧体，以正硅酸四乙酯为硅源采用水解法在中空镁铁氧体表面包覆二氧化硅，制得核壳结构中空镁铁氧体@二氧化硅，然后用硅烷偶联剂3

【技术实现步骤摘要】
一种氮掺杂还原氧化石墨烯/中空镁铁氧体@二氧化硅纳米复合吸波材料的制备方法


[0001]本专利技术属于电磁波吸收领域，具体涉及一种氮掺杂还原氧化石墨烯/中空镁铁氧体@二氧化硅纳米复合吸波材料的制备方法。
技术背景
[0002]由于电子设备的过度使用，造成严重的电磁辐射污染和电磁干扰等问题，使得电磁波吸收材料逐渐成为功能材料领域的研究热点。电磁波吸收材料(简称吸波材料)是指能吸收、衰减入射的电磁波，并将电磁能转换成热能或其它形式的能量而耗散掉，或使电磁波因干涉而消失的一类材料。还原氧化石墨烯(RGO)是一种新型二维层状结构的碳纳米材料，它一般由天然石墨经过化学氧化
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还原法制得。该法制备的RGO片层表面存在大量的缺陷，并且表面和边缘携带丰富的含氧官能团(
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COOH、
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OH、
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C
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O
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C
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等)，不仅有助于提高RGO的电磁阻抗匹配特性；而且，缺陷对电磁波产生极化弛豫，含氧官能团对电磁波产生电偶极子弛豫，使得RGO与石墨、碳纳米管等相比，具有更强的介电损耗和电磁波吸收能力。因此，RGO在电磁波吸收领域具有重要的应用前景。
[0003]镁铁氧体(MgFe2O4)作为一种典型的尖晶石铁氧体，由于其简便的合成方法、低成本、良好的介电损耗和磁损耗特性，已广泛应用于电磁波吸收领域。然而，MgFe2O4作为吸波剂应用时存在密度高、耐腐蚀性低、厚度厚等不足。在铁氧体中引入中空结构，既可以显著降低其密度，也可以改善阻抗匹配特性，有望提升吸波性能。
[0004]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材料。目前鲜有二氧化硅包覆中空镁铁氧体与还原氧化石墨烯复合制备氮掺杂还原氧化石墨烯/中空镁铁氧体@二氧化硅纳米复合吸波材料的报道。
[0005]本专利技术首先通过简单的溶剂热反应合成中空镁铁氧体，然后采用水解法使二氧化硅包覆在中空镁铁氧体表面，最后采用水热法制备氮掺杂还原氧化石墨烯/中空镁铁氧体@二氧化硅(NRGO/hollow MgFe2O4@SiO2)纳米复合吸波材料，通过调节复合材料的组分和厚度可以实现对不同波段的电磁波有效吸收。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于提供了一种氮掺杂还原氧化石墨烯/中空镁铁氧体@二氧化硅纳米复合吸波材料的制备方法，该纳米复合材料不仅具有匹配厚度薄、填充比低、吸收强度大，还可以实现整个Ku波段和部分C波段的强吸收，而且其制备过程绿色无污染。
[0007]本专利技术通过以下技术方案实现：
[0008]一种氮掺杂还原氧化石墨烯/中空镁铁氧体@二氧化硅纳米复合吸波材料，所述复合吸波材料由氮掺杂还原氧化石墨烯薄片表面均匀负载核壳结构中空镁铁氧体@二氧化硅微球组成。
[0009]氮掺杂还原氧化石墨烯/中空镁铁氧体@二氧化硅纳米复合吸波材料的制备步骤如下：
[0010](1)取1个150.0mL烧杯，依次加入45.0mL乙二醇、5.0mmol六水合氯化铁和2.5mmol六水合氯化镁，剧烈搅拌使其完全溶解；
[0011](2)在上述溶液中依次加入3.6g尿素、2.0mL聚乙二醇和4.0g聚乙烯吡咯烷酮，剧烈搅拌4.0h得到混合溶液；
[0012](3)将混合溶液转移至体积为50.0mL聚四氟乙烯内衬不锈钢反应釜中，在200.0℃下溶剂热反应8.0h；
[0013](4)反应结束后，冷却至室温，用无水乙醇和去离子水洗涤至pH为中性，磁性分离收集产物；
[0014](5)将步骤(4)中收集到的产物，预冻12.0h后，转移至真空冷冻干燥机，冷冻干燥24.0h，得中空镁铁氧体；
[0015](6)取1个250.0mL烧杯，加入80.0mL无水乙醇、20.0mL去离子水、1.0mL氨水和200.0mg步骤(4)得到的中空镁铁氧体，超声1.0h至分散均匀；
[0016](7)往步骤(6)得到的分散液中滴加300.0μL正硅酸四乙酯，在室温下搅拌12.0h得到二氧化硅包覆的中空镁铁氧体分散液；
[0017](8)往步骤(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不锈钢反应釜中100.0℃下反应24.0h；
[0018](9)反应结束后，冷却至室温，对产物进行磁性分离，用无水乙醇和去离子水洗涤至pH为中性；
[0019](10)将步骤(9)中收集到的产物，预冻12.0h后，转移至真空冷冻干燥机，冷冻干燥24.0h，得到硅烷偶联剂修饰核壳结构中空镁铁氧体@二氧化硅；
[0020](11)在150.0mL烧杯中依次加入30.0mL去离子水和15.0mg氧化石墨，超声45.0min，形成浓度为0.5mg/mL的氧化石墨烯分散液；
[0021](12)往步骤(11)得到的氧化石墨烯分散液中加入5.0mg步骤(10)得到的硅烷偶联剂修饰核壳结构中空镁铁氧体@二氧化硅，超声30.0min并机械搅拌30.0min至分散均匀，然后加入180.0μL乙二胺，剧烈搅拌2.0h；
[0022](13)将上述分散液转移至50.0mL聚四氟乙烯内衬反应釜中，在120.0℃下水热反应12.0h；
[0023](14)反应结束后，自然冷却至室温，用去离子水洗涤至pH为中性，磁性分离收集产物，预冻12.0h后，转移至冷冻干燥机中，低温干燥48.0h，得到氮掺杂还原氧化石墨烯/中空镁铁氧体@二氧化硅纳米复合吸波材料。
[0024]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：
[0025]1、本专利技术制备的氮掺杂还原氧化石墨烯/中空镁铁氧体@二氧化硅纳米复合吸波材料操作简便，绿色安全，无任何有毒有害物质产生。
[0026]2、氮掺杂还原氧化石墨烯/中空镁铁氧体@二氧化硅纳米复合吸波材料由NRGO薄片表面均匀负载核壳结构中空镁铁氧体@二氧化硅微球组成。
[0027]3、氮掺杂还原氧化石墨烯/中空镁铁氧体@二氧化硅纳米复合吸波材料的吸波性能优异，具有匹配厚度薄、填充比低、吸收强度大和吸收频带宽等特点。在2.0mm厚度下复合
材料的吸收强度为
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58.8dB、有效吸收带宽达到6.2GHz，覆盖了整个Ku波段；通过简单调节匹配厚度至4.2mm，复合材料在C波段(f＝5.8GHz)时最大吸收强度可达
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60.9dB。
[0028]4、本专利技术制备的氮掺杂还原氧化石墨烯/中空镁铁氧体@二氧化硅纳米复合吸波材料，具有独特的中空结构和核壳结构，不仅优化了阻抗匹配，而且增强了界面极化损耗，结合偶极极化损耗、传导损耗及磁损耗等物理机制的协同作用，实现对电磁波的有效吸收。
附图说明
[0029]图1是实施例1、2、3中产物的X射线衍射本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种氮掺杂还原氧化石墨烯/中空镁铁氧体@二氧化硅纳米复合吸波材料的制备方法，其特征在于：所述复合吸波材料由氮掺杂还原氧化石墨烯薄片表面均匀负载核壳结构中空镁铁氧体@二氧化硅微球组成；所述复合吸波材料通过以下方法制备：(1)取1个150.0mL烧杯，依次加入45.0mL乙二醇、5.0mmol六水合氯化铁和2.5mmol六水合氯化镁，剧烈搅拌使其完全溶解；(2)在上述溶液中依次加入3.6g尿素、2.0mL聚乙二醇和4.0g聚乙烯吡咯烷酮，剧烈搅拌4.0h得到混合溶液；(3)将混合溶液转移至体积为50.0mL聚四氟乙烯内衬不锈钢反应釜中，在200.0℃下溶剂热反应8.0h；(4)反应结束后，冷却至室温，用无水乙醇和去离子水洗涤至pH为中性，磁性分离收集产物；(5)将步骤(4)中收集到的产物，预冻12.0h后，转移至真空冷冻干燥机，冷冻干燥24.0h，得中空镁铁氧体；(6)取1个250.0mL烧杯，加入80.0mL无水乙醇、20.0mL去离子水、1.0mL氨水和200.0mg步骤(4)得到的中空镁铁氧体，超声1.0h至分散均匀；(7)往步骤(6)得到的分散液中滴加300.0μL正硅酸四乙酯，在室温下搅拌12.0h得到二氧化硅包覆的中空镁铁氧体分散液；(8)往步骤(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不锈钢反应釜中100.0℃下反应24.0h；(9)反应结束后，冷却至室温，对产物进行磁性分离，用无水乙醇和去离子水洗涤至pH为中性；(10)将步骤(9)中收集到的产物，预冻12.0h后，转移至真空冷冻干燥机，冷冻干燥24.0h，得到硅烷偶联剂修饰核壳结构中空镁铁氧体@二氧化硅；(11)在150.0mL烧杯中依次加入30.0mL去离子水和15.0mg氧化石墨，超声45.0min，形成浓度为0.5mg/mL的氧化石墨烯分散液；(12)往步骤(11)得到的氧化石墨烯分散液中加入5.0mg步...

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