本發(fā)明屬于吸波材料及其制法，具體為一種基于氧化石墨烯的吸波復(fù)合材料及其制備方法。

背景技術(shù)：

1、伴隨著無(wú)線設(shè)備在軍事領(lǐng)域及民用領(lǐng)域的深度擴(kuò)展，電磁屏蔽技術(shù)也逐漸在軍事對(duì)抗、維護(hù)高度集成化電子設(shè)備正常運(yùn)轉(zhuǎn)、降低生活環(huán)境電磁污染等領(lǐng)域起到日益突出的作用。作為電磁屏蔽技術(shù)的一個(gè)分支，吸波材料以其低能量激勵(lì)依賴，使用范圍廣泛，啟動(dòng)成本較低而在電磁屏蔽技術(shù)中獨(dú)當(dāng)一面。

2、對(duì)于常見(jiàn)的金屬及合金吸波材料，其較高的導(dǎo)電性或磁導(dǎo)率有效耗散了來(lái)自外加電磁場(chǎng)的能量。此外，其突出的機(jī)械強(qiáng)度與易加工性也使金屬基吸波材料在實(shí)際場(chǎng)景中有廣泛應(yīng)用。相比于單一金屬體系，多元金屬合金不僅提供了多樣化的元素組成與諧振頻率，也通過(guò)形成復(fù)雜的相界面實(shí)現(xiàn)電磁波的高效散(反)射。通過(guò)對(duì)多金屬體系吸收頻段的合理搭配組合，金屬吸波材料的覆蓋頻率范圍可以得到有效拓寬。但是金屬吸波材料也存在著密度大、易腐蝕(尤其在潮濕環(huán)境下)、熱膨脹系數(shù)高(在溫度梯度大的環(huán)境中易開(kāi)裂)等問(wèn)題，制約了其在現(xiàn)實(shí)使用中的適用范圍。

3、現(xiàn)有的feconi/c吸波材料最強(qiáng)反射損耗較弱，通常數(shù)值在-20至-55db，有效吸收帶寬(eab，rl?min<-10db)較窄，通常小于5ghz，且合成工藝較為復(fù)雜。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、發(fā)明目的：為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明的目的是提供一種工藝簡(jiǎn)便、可規(guī)?；a(chǎn)的基于氧化石墨烯的吸波復(fù)合材料的制備方法，本發(fā)明的另一目的是提供一種比表面積大、吸波性能好的基于氧化石墨烯的吸波復(fù)合材料。

2、技術(shù)方案：本發(fā)明所述的一種基于氧化石墨烯的吸波復(fù)合材料的制備方法，包括以下步驟：

3、步驟一，將氧化石墨烯分散于去離子水中，制得分散液；

4、步驟二，向分散液中加入金屬醋酸鹽、羧甲基纖維素鈉(cmc)、葡萄糖、聚乙烯醇(pva)，水浴攪拌，得到混合液；

5、步驟三，將混合液先快速冷凍，后冷凍干燥，制得疏松多孔的碳基前驅(qū)體；

6、步驟四，在保護(hù)氣氛下，將前驅(qū)體先預(yù)碳化后燒結(jié)，制得基于氧化石墨烯的吸波復(fù)合材料。

7、cmc主要起到增稠和穩(wěn)定體系的作用，避免分散液中非可溶性物質(zhì)沉降，維持分散液的均勻性；

8、葡萄糖主要作為碳源引入，以在金屬納米顆粒表面形成碳?xì)ぃ环矫婵梢栽鰪?qiáng)材料的導(dǎo)電性，另一方面也可以在材料表面形成微孔結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)材料的比表面積。二者都有助于材料吸波性能的提升。

9、pva的引入可以在凍干過(guò)程中維持前驅(qū)體的形狀和結(jié)構(gòu)，避免塌陷或收縮

10、進(jìn)一步地，步驟一中，氧化石墨烯為片層狀。氧化石墨烯與去離子水的質(zhì)量比為1:100～500。

11、進(jìn)一步地，步驟一中，分散方法為攪拌2小時(shí)，超聲分散20分鐘，重復(fù)至少10次。分散時(shí)間或次數(shù)不足、氧化石墨烯添加量過(guò)高都會(huì)造成分散液分散質(zhì)量不佳。

12、進(jìn)一步地，步驟二中，金屬醋酸鹽為醋酸鐵、醋酸鎳、醋酸鈷中的一種或多種，金屬醋酸鹽在混合溶液中的濃度為0.2～0.8mol/l。羧甲基纖維素鈉與氧化石墨烯的質(zhì)量比為0.5～1.5:1。金屬醋酸鹽、羧甲基纖維素鈉、葡萄糖、聚乙烯醇的質(zhì)量比為2.66～2.78:0.2:2.5:1。水浴的溫度為40～70℃，攪拌的時(shí)間為4～7小時(shí),轉(zhuǎn)速為400～800rpm。金屬醋酸鹽的濃度過(guò)高會(huì)造成金屬納米粒子粒徑過(guò)大，影響吸波性能。

13、進(jìn)一步地，步驟三中，快速冷凍是在液氮中快速冷凍8～12小時(shí)，冷凍干燥的時(shí)間為72～96小時(shí)。

14、進(jìn)一步地，步驟四中，保護(hù)氣氛為氬氣，預(yù)碳化溫度為450～550℃，燒結(jié)溫度為700～850℃。升溫速率為5℃/分鐘。

15、上述基于氧化石墨烯的吸波復(fù)合材料的制備方法所得基于氧化石墨烯的吸波復(fù)合材料，其表面積為65～10m2/g，氧化石墨烯表面均勻負(fù)載粒徑為20～50nm的金屬納米粒子。

16、制備原理：將多元金屬合金與氧化石墨烯結(jié)合，制備吸波復(fù)合材料，使材料本體不僅可以實(shí)現(xiàn)在寬頻域內(nèi)高效電磁能吸收(多元金屬合金特性)，也可以實(shí)現(xiàn)單位質(zhì)量的下降(碳材料具有低密度的特點(diǎn))及化學(xué)穩(wěn)定性的增強(qiáng)(碳材料對(duì)金屬顆粒的保護(hù)作用)。此外，通過(guò)將合金納米顆粒負(fù)載于氧化石墨烯片層，增強(qiáng)復(fù)合材料界面極化、引入內(nèi)部多重反(散)射，實(shí)現(xiàn)吸波性能的協(xié)同上升。

17、有益效果：本發(fā)明和現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下顯著性特點(diǎn)：

18、1、采用了較為簡(jiǎn)便的工藝流程實(shí)現(xiàn)了合金納米粒子在氧化石墨烯表面的負(fù)載，方法具有較強(qiáng)的可推廣性、可規(guī)模性；

19、2、通過(guò)溶液法和凍干制備吸波復(fù)合材料，材料內(nèi)金屬粒子粒徑分布均勻，材料比表面積大，有利于強(qiáng)化吸波效果；

20、3、將小粒徑磁性金屬合金與石墨烯材料結(jié)合，協(xié)同增強(qiáng)了材料的吸波性能，最強(qiáng)反射損耗(rl?min)可達(dá)-67db,有效吸收帶寬(eab，rl?min<-10db)可達(dá)5.58ghz。

技術(shù)特征：

1.一種基于氧化石墨烯的吸波復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于氧化石墨烯的吸波復(fù)合材料的制備方法，其特征在于：所述步驟一中，氧化石墨烯為片層狀。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于氧化石墨烯的吸波復(fù)合材料的制備方法，其特征在于：所述步驟一中，氧化石墨烯與去離子水的質(zhì)量比為1:100～500。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于氧化石墨烯的吸波復(fù)合材料的制備方法，其特征在于：所述步驟二中，金屬醋酸鹽為醋酸鐵、醋酸鎳、醋酸鈷中的一種或多種，金屬醋酸鹽在混合溶液中的濃度為0.2～0.8mol/l。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于氧化石墨烯的吸波復(fù)合材料的制備方法，其特征在于：所述步驟二中，羧甲基纖維素鈉與氧化石墨烯的質(zhì)量比為0.5～1.5:1。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于氧化石墨烯的吸波復(fù)合材料的制備方法，其特征在于：所述步驟二中，金屬醋酸鹽、羧甲基纖維素鈉、葡萄糖、聚乙烯醇的質(zhì)量比為2.66～2.78:0.2:2.5:1。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于氧化石墨烯的吸波復(fù)合材料的制備方法，其特征在于：所述步驟二中，水浴的溫度為40～70℃，攪拌的時(shí)間為4～7小時(shí),轉(zhuǎn)速為400～800rpm。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于氧化石墨烯的吸波復(fù)合材料的制備方法，其特征在于：所述步驟三中，快速冷凍是在液氮中快速冷凍8～12小時(shí)，冷凍干燥的時(shí)間為72～96小時(shí)。

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于氧化石墨烯的吸波復(fù)合材料的制備方法，其特征在于：所述步驟四中，保護(hù)氣氛為氬氣，預(yù)碳化溫度為450～550℃，燒結(jié)溫度為700～850℃。

10.一種如權(quán)利要求1～9任一項(xiàng)所述的基于氧化石墨烯的吸波復(fù)合材料的制備方法所得基于氧化石墨烯的吸波復(fù)合材料，其特征在于：其表面積為65～10m2/g，所述氧化石墨烯表面均勻負(fù)載粒徑為20～50nm的金屬納米粒子。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開(kāi)了一種基于氧化石墨烯的吸波復(fù)合材料及其制備方法，制備方法包括以下步驟：將氧化石墨烯分散于去離子水中，制得分散液；向分散液中加入金屬醋酸鹽、羧甲基纖維素鈉(CMC)、葡萄糖、聚乙烯醇(PVA)，水浴攪拌，得到混合液；將混合液先快速冷凍，后冷凍干燥，制得疏松多孔的碳基前驅(qū)體；在保護(hù)氣氛下，將前驅(qū)體先預(yù)碳化后燒結(jié)，制得基于氧化石墨烯的吸波復(fù)合材料。本發(fā)明采用了較為簡(jiǎn)便的工藝流程實(shí)現(xiàn)了合金納米粒子在氧化石墨烯表面的負(fù)載，方法具有較強(qiáng)的可推廣性、可規(guī)模性；通過(guò)溶液法和凍干制備吸波復(fù)合材料，材料內(nèi)金屬粒子粒徑分布均勻，材料比表面積大，有利于強(qiáng)化吸波效果，最強(qiáng)反射損耗可以達(dá)到?67dB。

技術(shù)研發(fā)人員：周東山,李喻昆,楊雯淵,顧正宇,陳樂(lè),王曉亮,陳葳,江偉,薛奇
受保護(hù)的技術(shù)使用者：南京大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/5