一种用于导热和电磁屏蔽的石墨烯/碳纳米管/四氧化三铁复合材料的制备方法技术

本发明专利技术涉及一种用于导热和电磁屏蔽的石墨烯/碳纳米管/四氧化三铁复合材料的制备方法，通过其通过水热反应和热处理两个步骤制备一种石墨烯/碳纳米管/四氧化三铁复合材料：水热反应过程中生成四氧化三铁颗粒，同时氧化石墨烯包裹在四氧化三铁颗粒表面，羧基化碳纳米管通过基团反应接在氧化石墨烯表面，过程中同时发生氧化石墨烯和羧基化碳纳米管的还原反应，形成核壳多级结构。在烘干的过程中进行压制成型，可得到厚度较薄的石墨烯/碳纳米管/四氧化三铁复合材料，内部结构为石墨烯片堆叠将四氧化三铁包裹在其中，碳纳米管交叉连接形成碳纳米管网络；经高温热处理后，复合材料介电常数大幅提高，形成完整的屏蔽网络与导热通路，表现出优异的综合性能。表现出优异的综合性能。表现出优异的综合性能。

【技术实现步骤摘要】
graphene aerogels for electromagnetic wave absorption[J].Chemical Engineering Journal，2021，426.
[0008][5]YANG J，YE Y，LI X，et al.Flexible，conductive，and highly pressure
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sensitive graphene
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polyimide foam for pressure sensor application[J].Composites Science and Technology，2018，164：187
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94.
[0009][6]PAN F，RAO Y，BATALU D，et al.Macroscopic Electromagnetic Cooperative Network
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Enhanced MXene/Ni Chains Aerogel
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Based Microwave Absorber with Ultra
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Low Matching Thickness[J].Nanomicro Lett，2022，14(1)：140.
[0010][7]ZHAO S，ZHANG H B，LUO J Q，et al.Highly Electrically Conductive Three
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Dimensional Ti(3)C(2)T(x)MXene/Reduced Graphene Oxide Hybrid Aerogels with Excellent Electromagnetic Interference Shielding Performances[J].ACS Nano，2018，12(11)：11193
‑
202.

技术实现思路

[0011]本专利技术的目的在于提供一种用于导热和电磁屏蔽的石墨烯/碳纳米管/四氧化三铁复合材料的制备方法，水热反应过程中生成四氧化三铁颗粒，同时氧化石墨烯包裹在四氧化三铁颗粒表面，羧基化碳纳米管通过基团反应接在氧化石墨烯表面，过程中同时发生氧化石墨烯和羧基化碳纳米管的还原反应，形成核壳多级结构。
[0012]本专利技术采用如下技术方案：
[0013]一种用于导热和电磁屏蔽的石墨烯/碳纳米管/四氧化三铁复合材料的制备方法，步骤如下：
[0014]1)原材料准备：采用Hummers法合成氧化石墨烯。将一定量的浓硫酸和磷酸在烧杯中均匀混合，转移至冰浴后在烧杯中加入碳纳米管，以高锰酸钾作为氧化剂，对碳纳米管进行官能化改性。随后称取一定量的氧化石墨烯、羧基化碳纳米管、柠檬酸钠、尿素、聚丙烯酰胺和六水三氯化铁作为原材料备用。
[0015]2)水热反应过程：将步骤1)中称取的药品同氧化石墨烯和羧基化碳纳米管一同溶解在一定量的去离子水中，将混合溶液通过超声和振荡混合均匀，之后转移至四氟乙烯反应釜内衬中，放入反应釜后将反应釜放置在马弗炉中，在一定温度进行水热反应。水热反应过程中生成四氧化三铁颗粒，同时氧化石墨烯包裹在四氧化三铁颗粒表面，羧基化碳纳米管通过基团反应接在氧化石墨烯表面，过程中同时发生氧化石墨烯和羧基化碳纳米管的还原反应，形成核壳多级结构。反应产物用乙醇和去离子水洗涤干净，配置成去离子水分散液备用。
[0016]3)水热反应过程：将步骤2)中配置的水分散液浇筑到圆柱形模具中，放入烘箱中进行初步烘干，烘干一段时间后大量水分已除去，还有少部分残留，此时通过铜柱对模具中固体成分加压，然后直到彻底干燥。最终得到以石墨烯、碳纳米管和四氧化三铁为主要成分的复合材料。
[0017]4)热处理过程：将步骤3)中得到的复合材料转移至真空管式炉中，在氩气和氢气氛围下进行一定时间的热处理，过程中进一步发生还原反应。
[0018]优选地，步骤1)中氧化石墨烯质量为100～500mg，羧基化碳纳米管质量为40～
300mg柠檬酸钠的物质的量为5.6～14.4mmol，尿素的物质的量为6～48mmol，聚丙烯酰胺质量为0.4～1.2g，六水三氯化铁质量为0.8～1.2g。
[0019]优选地，步骤1)中浓硫酸和磷酸的体积比为9∶1。
[0020]优选地，步骤2)中溶解所用去离子水的体积在40～80ml。
[0021]优选地，步骤2)中水热反应设定温度为200～220℃，乙醇和去离子水洗涤次数各为3～6次。
[0022]优选地，步骤3)中初步烘干的时间为120～150min。
[0023]优选地，步骤4)中氩气和氢气的比例为10∶1，最终热处理温度为200～400℃，保温时间为30～60min。
[0024]本专利技术通过其通过水热反应和热处理两个步骤制备，制备一种用于导热和电磁屏蔽的石墨烯/碳纳米管/四氧化三铁复合材料。水热反应过程中生成四氧化三铁颗粒，同时氧化石墨烯包裹在四氧化三铁颗粒表面，羧基化碳纳米管通过基团反应接在氧化石墨烯表面，过程中同时发生氧化石墨烯和羧基化碳纳米管的还原反应，形成核壳多级结构。在烘干的过程中进行压制成型，可得到厚度较薄的石墨烯/碳纳米管/四氧化三铁复合材料，内部结构为石墨烯片堆叠将四氧化三铁包裹在其中，碳纳米管交叉连接形成碳纳米管网络。
附图说明
[0025]图1为石墨烯/碳纳米管/四氧化三铁复合材料实物图。
具体实施方式
[0026]下面给出本专利技术的4个实施例，是对本专利技术的进一步说明，而不是限制本专利技术的范围。
[0027]实施例1
[0028]1)原材料准备：采用Hummers法合成氧化石墨烯。将45ml浓硫酸和5ml磷酸在烧杯中均匀混合，转移至冰浴后在烧杯中加入2g碳纳米管，以高锰酸钾作为氧化剂，对碳纳米管进行官能化改性。随后称取100mg氧化石墨烯、50mg羧基化碳纳米管，1.445g柠檬酸钠、0.3604g尿素、0.4g聚丙烯酰胺和1.084g六水三氯化铁作为原材料备用。
[0029]2)水热反应过程：将步骤1)中称取的药品同氧化石墨烯和羧基化碳纳米管一同溶解在40ml去离子水中，将混合溶液通过超声和振荡混合均匀，之后转移至四氟乙烯反应釜内衬中，放入反应釜后将反应釜放置在马弗炉中，在200℃进行水热反应。水热反应过程中生成四氧化三铁颗粒，同时氧化石墨烯包裹在四氧化三铁颗粒表面，羧基化碳纳米管通过基团反应接在氧化石墨烯表面，过程中同时发生氧化石墨烯和羧基化碳纳米管的还原反应，形成核壳多级结构。反应产物用乙醇和去离子水各洗涤3次，配置成去离子水分散液备用。
[0030]3)水热反应过程：将步骤2)中配置的水分散液浇筑到圆柱形模具中，放入60℃烘箱中进行初步烘干，烘干120min后大量水分已除去，还有少部分残留，此时通过铜柱对模具中固体成分加压，然后直到彻底干燥。最终得到以石墨烯、碳纳米管和四氧化三铁为主要成分的复合材料。
[0031]4)热处理过本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于导热和电磁屏蔽的石墨烯/碳纳米管/四氧化三铁复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：1)原材料准备：采用Hummers法合成氧化石墨烯。将一定量的浓硫酸和磷酸在烧杯中均匀混合，转移至冰浴后在烧杯中加入碳纳米管，以高锰酸钾作为氧化剂，对碳纳米管进行官能化改性。随后称取一定量的氧化石墨烯、羧基化碳纳米管、柠檬酸钠、尿素、聚丙烯酰胺和六水三氯化铁作为原材料备用；2)水热反应过程：将步骤1)中称取的药品同氧化石墨烯和羧基化碳纳米管一同溶解在一定量的去离子水中，将混合溶液通过超声和振荡混合均匀，之后转移至四氟乙烯反应釜内衬中，放入反应釜后将反应釜放置在马弗炉中，在一定温度进行水热反应。水热反应过程中生成四氧化三铁颗粒，同时氧化石墨烯包裹在四氧化三铁颗粒表面，羧基化碳纳米管通过基团反应接在氧化石墨烯表面，过程中同时发生氧化石墨烯和羧基化碳纳米管的还原反应，形成核壳多级结构。反应产物用乙醇和去离子水洗涤干净，配置成去离子水分散液备用；3)水热反应过程：将步骤2)中配置的水分散液浇筑到圆柱形模具中，放入烘箱中进行初步烘干，烘干一段时间后大量水分已除去，还有少部分残留，此时通过铜柱对模具中固体成分加压，然后直到彻底干燥。最终得到以石墨烯、碳纳米管和四氧化三铁为主要成分的复合材料；4)热处理过程：...

【专利技术属性】
技术研发人员：秦盟盟，岳俊威，俞慧涛，封伟，冯奕钰，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：