一种基于氧化石墨烯的吸波复合材料及其制备方法

本发明属于吸波材料及其制法，具体为一种基于氧化石墨烯的吸波复合材料及其制备方法。

背景技术：

1、伴随着无线设备在军事领域及民用领域的深度扩展，电磁屏蔽技术也逐渐在军事对抗、维护高度集成化电子设备正常运转、降低生活环境电磁污染等领域起到日益突出的作用。作为电磁屏蔽技术的一个分支，吸波材料以其低能量激励依赖，使用范围广泛，启动成本较低而在电磁屏蔽技术中独当一面。

2、对于常见的金属及合金吸波材料，其较高的导电性或磁导率有效耗散了来自外加电磁场的能量。此外，其突出的机械强度与易加工性也使金属基吸波材料在实际场景中有广泛应用。相比于单一金属体系，多元金属合金不仅提供了多样化的元素组成与谐振频率，也通过形成复杂的相界面实现电磁波的高效散(反)射。通过对多金属体系吸收频段的合理搭配组合，金属吸波材料的覆盖频率范围可以得到有效拓宽。但是金属吸波材料也存在着密度大、易腐蚀(尤其在潮湿环境下)、热膨胀系数高(在温度梯度大的环境中易开裂)等问题，制约了其在现实使用中的适用范围。

3、现有的feconi/c吸波材料最强反射损耗较弱，通常数值在-20至-55db，有效吸收带宽(eab，rl min<-10db)较窄，通常小于5ghz，且合成工艺较为复杂。

技术实现思路

1、发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明的目的是提供一种工艺简便、可规模化生产的基于氧化石墨烯的吸波复合材料的制备方法，本发明的另一目的是提供一种比表面积大、吸波性能好的基于氧化石墨烯的吸波复合材料。

2、技术方案：本发明所述的一种基于氧化石墨烯的吸波复合材料的制备方法，包括以下步骤：

3、步骤一，将氧化石墨烯分散于去离子水中，制得分散液；

4、步骤二，向分散液中加入金属醋酸盐、羧甲基纤维素钠(cmc)、葡萄糖、聚乙烯醇(pva)，水浴搅拌，得到混合液；

5、步骤三，将混合液先快速冷冻，后冷冻干燥，制得疏松多孔的碳基前驱体；

6、步骤四，在保护气氛下，将前驱体先预碳化后烧结，制得基于氧化石墨烯的吸波复合材料。

7、cmc主要起到增稠和稳定体系的作用，避免分散液中非可溶性物质沉降，维持分散液的均匀性；

8、葡萄糖主要作为碳源引入，以在金属纳米颗粒表面形成碳壳，一方面可以增强材料的导电性，另一方面也可以在材料表面形成微孔结构，增强材料的比表面积。二者都有助于材料吸波性能的提升。

9、pva的引入可以在冻干过程中维持前驱体的形状和结构，避免塌陷或收缩

10、进一步地，步骤一中，氧化石墨烯为片层状。氧化石墨烯与去离子水的质量比为1:100～500。

11、进一步地，步骤一中，分散方法为搅拌2小时，超声分散20分钟，重复至少10次。分散时间或次数不足、氧化石墨烯添加量过高都会造成分散液分散质量不佳。

12、进一步地，步骤二中，金属醋酸盐为醋酸铁、醋酸镍、醋酸钴中的一种或多种，金属醋酸盐在混合溶液中的浓度为0.2～0.8mol/l。羧甲基纤维素钠与氧化石墨烯的质量比为0.5～1.5:1。金属醋酸盐、羧甲基纤维素钠、葡萄糖、聚乙烯醇的质量比为2.66～2.78:0.2:2.5:1。水浴的温度为40～70℃，搅拌的时间为4～7小时,转速为400～800rpm。金属醋酸盐的浓度过高会造成金属纳米粒子粒径过大，影响吸波性能。

13、进一步地，步骤三中，快速冷冻是在液氮中快速冷冻8～12小时，冷冻干燥的时间为72～96小时。

14、进一步地，步骤四中，保护气氛为氩气，预碳化温度为450～550℃，烧结温度为700～850℃。升温速率为5℃/分钟。

15、上述基于氧化石墨烯的吸波复合材料的制备方法所得基于氧化石墨烯的吸波复合材料，其表面积为65～10m2/g，氧化石墨烯表面均匀负载粒径为20～50nm的金属纳米粒子。

16、制备原理：将多元金属合金与氧化石墨烯结合，制备吸波复合材料，使材料本体不仅可以实现在宽频域内高效电磁能吸收(多元金属合金特性)，也可以实现单位质量的下降(碳材料具有低密度的特点)及化学稳定性的增强(碳材料对金属颗粒的保护作用)。此外，通过将合金纳米颗粒负载于氧化石墨烯片层，增强复合材料界面极化、引入内部多重反(散)射，实现吸波性能的协同上升。

17、有益效果：本发明和现有技术相比，具有如下显著性特点：

18、1、采用了较为简便的工艺流程实现了合金纳米粒子在氧化石墨烯表面的负载，方法具有较强的可推广性、可规模性；

19、2、通过溶液法和冻干制备吸波复合材料，材料内金属粒子粒径分布均匀，材料比表面积大，有利于强化吸波效果；

20、3、将小粒径磁性金属合金与石墨烯材料结合，协同增强了材料的吸波性能，最强反射损耗(rl min)可达-67db,有效吸收带宽(eab，rl min<-10db)可达5.58ghz。

技术特征：

1.一种基于氧化石墨烯的吸波复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的基于氧化石墨烯的吸波复合材料的制备方法，其特征在于：所述步骤一中，氧化石墨烯为片层状。

3.根据权利要求1所述的基于氧化石墨烯的吸波复合材料的制备方法，其特征在于：所述步骤一中，氧化石墨烯与去离子水的质量比为1:100～500。

4.根据权利要求1所述的基于氧化石墨烯的吸波复合材料的制备方法，其特征在于：所述步骤二中，金属醋酸盐为醋酸铁、醋酸镍、醋酸钴中的一种或多种，金属醋酸盐在混合溶液中的浓度为0.2～0.8mol/l。

5.根据权利要求1所述的基于氧化石墨烯的吸波复合材料的制备方法，其特征在于：所述步骤二中，羧甲基纤维素钠与氧化石墨烯的质量比为0.5～1.5:1。

6.根据权利要求1所述的基于氧化石墨烯的吸波复合材料的制备方法，其特征在于：所述步骤二中，金属醋酸盐、羧甲基纤维素钠、葡萄糖、聚乙烯醇的质量比为2.66～2.78:0.2:2.5:1。

7.根据权利要求1所述的基于氧化石墨烯的吸波复合材料的制备方法，其特征在于：所述步骤二中，水浴的温度为40～70℃，搅拌的时间为4～7小时,转速为400～800rpm。

8.根据权利要求1所述的基于氧化石墨烯的吸波复合材料的制备方法，其特征在于：所述步骤三中，快速冷冻是在液氮中快速冷冻8～12小时，冷冻干燥的时间为72～96小时。

9.根据权利要求1所述的基于氧化石墨烯的吸波复合材料的制备方法，其特征在于：所述步骤四中，保护气氛为氩气，预碳化温度为450～550℃，烧结温度为700～850℃。

10.一种如权利要求1～9任一项所述的基于氧化石墨烯的吸波复合材料的制备方法所得基于氧化石墨烯的吸波复合材料，其特征在于：其表面积为65～10m2/g，所述氧化石墨烯表面均匀负载粒径为20～50nm的金属纳米粒子。

技术总结
本发明公开了一种基于氧化石墨烯的吸波复合材料及其制备方法，制备方法包括以下步骤：将氧化石墨烯分散于去离子水中，制得分散液；向分散液中加入金属醋酸盐、羧甲基纤维素钠(CMC)、葡萄糖、聚乙烯醇(PVA)，水浴搅拌，得到混合液；将混合液先快速冷冻，后冷冻干燥，制得疏松多孔的碳基前驱体；在保护气氛下，将前驱体先预碳化后烧结，制得基于氧化石墨烯的吸波复合材料。本发明采用了较为简便的工艺流程实现了合金纳米粒子在氧化石墨烯表面的负载，方法具有较强的可推广性、可规模性；通过溶液法和冻干制备吸波复合材料，材料内金属粒子粒径分布均匀，材料比表面积大，有利于强化吸波效果，最强反射损耗可以达到‑67dB。

技术研发人员：周东山,李喻昆,杨雯渊,顾正宇,陈乐,王晓亮,陈葳,江伟,薛奇
受保护的技术使用者：南京大学
技术研发日：
技术公布日：2024/12/5