本发明属于薄膜制备技术领域，具体涉及一种磁性纳米材料改性石墨烯薄膜及其制备方法和应用。
背景技术：
石墨烯是世上最薄也是最坚硬的纳米材料，它几乎是完全透明的，只吸收2.3％的光；导热系数高达5300w/(m·k)，高于碳纳米管和金刚石，常温下其电子迁移率超过15000cm2/(v·s)，又比纳米碳管或硅晶体高，而电阻率只约10-6ω·cm，比铜或银更低，为世上电阻率最小的材料。石墨烯纳米带的二维结构具有高电导率、高热导率、低噪声，这些优良品质促使石墨烯纳米带成为集成电路互连材料的另一种选择，有可能替代铜金属。
粒径小于20nm的磁性纳米材料通常显现出超顺磁性，即在外磁场下，纳米材料被磁化产生磁相互作用力，而当撤销磁场后，纳米材料被磁化产生磁相互作用力，而当撤销磁场后，纳米材料相对较大的内能会超过其畴壁能对磁场的束缚，恢复磁“无序”的特点。这些特性使磁性纳米材料具有很强的可操控性，被广泛应用于生物分离、检测及靶向药物传输。
石墨烯不仅具有优异的力学、热学和电磁学性能，而且来源丰富、成本低、易于大规模生产，自它被发现以来，一直受到科学界的广泛关注。将其与磁性纳米粒子复合，石墨烯为磁性纳米粒子的成核提供了模板，磁性纳米材料增加了石墨烯之间的距离，避免了石墨烯的团聚。石墨烯基磁性纳米复合材料兼具石墨烯与磁性纳米粒子的优异性质，是一种高性能的新型复合材料。但是现有技术中石墨烯薄膜容易膨胀或破损，将石墨烯与磁性纳米粒子进行复合时，复合材料的电阻率相较于单独石墨烯薄膜的电阻率区别不大。
技术实现要素：
解决的技术问题：针对上述技术问题，本发明提供一种磁性纳米材料改性石墨烯薄膜及其制备方法和应用，具备制备的氧化石墨烯薄膜不会膨胀或破损、电导率高等优点。
技术方案：一种磁性纳米材料改性石墨烯薄膜的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
步骤一.将20～50质量份fe(no3)3·9h2o和10～20质量份bi(no3)3·5h2o溶于60～80质量份无水乙醇中，搅拌20～30min；
步骤二.将搅拌后的溶液转入反应釜中，在180～220℃温度下反应10～12h，待反应釜冷却至室温后过滤，用无水乙醇和蒸馏水清洗后，在100～120℃温度下干燥5～8h，充分研磨后得到bifeo3纳米颗粒；
步骤三.将4～20质量份氧化石墨加入20～40质量份无水乙醇中，然后在155～185w功率下超声处理60～90min，得到氧化石墨烯胶体悬浮液；
步骤四.取10～20质量份氧化石墨烯胶体悬浮液和3～6质量份步骤二制备的bifeo3纳米颗粒在20～25℃温度下搅拌10～15min；
步骤五.将步骤四搅拌后的悬浮液进行微孔滤膜真空过滤，过滤后将滤饼在50～60℃烘箱中烘干，然后将磁性纳米材料改性后石墨烯薄膜从滤膜上揭下，在500～625℃温度、0～6.89ma/m磁场强度和氮气氛围的条件下对薄膜进行退火，退火时间为20～40min，最终得到磁性纳米材料改性石墨烯薄膜。
作为优选，所述步骤一中将30质量份fe(no3)3·9h2o和15质量份bi(no3)3·5h2o溶于70质量份无水乙醇中，搅拌25min。
作为优选，所述步骤二中反应釜为聚四氟乙烯高压反应釜。
作为优选，所述步骤二中在200℃温度下反应11h，待反应釜冷却至室温后过滤，用无水乙醇和蒸馏水清洗后，在110℃温度下干燥6h。
作为优选，所述步骤三中将10质量份氧化石墨加入30质量份无水乙醇中，然后在165w功率下超声处理80min。
作为优选，所述步骤四中取15质量份氧化石墨烯胶体悬浮液和5质量份步骤二制备的bifeo3纳米颗粒在22℃温度下搅拌15min。
作为优选，所述步骤五中微孔滤膜真空过滤的仪器为微孔滤膜过滤器。
作为优选，所述步骤五中过滤后将滤饼在55℃烘箱中烘干，然后将磁性纳米材料改性后石墨烯薄膜从滤膜上揭下，在580℃温度、6.89ma/m磁场强度和氮气氛围的条件下对薄膜进行退火，退火时间为30min。
上述任一方法制备获得的磁性纳米材料改性石墨烯薄膜。
上述磁性纳米材料改性石墨烯薄膜在电极中的应用。
有益效果：本发明所述的制备方法操作简单，制备的磁性纳米材料改性石墨烯薄膜不会膨胀或破损，具备电阻率较低，电子迁移率和导热系数较高等优点。电阻率为6.01*10-7～8.76*10-7，电子迁移率为18230～19243cm2/(v·s)，导热系数为5648～5789w/(m·k)。
具体实施方式
实施例1
一种磁性纳米材料改性石墨烯薄膜的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
步骤一.将20质量份fe(no3)3·9h2o和10质量份bi(no3)3·5h2o溶于60质量份无水乙醇中，搅拌20min。
步骤二.将搅拌后的溶液转入反应釜中，在180℃温度下反应10h，待反应釜冷却至室温后过滤，用无水乙醇和蒸馏水清洗后，在100℃温度下干燥5h，充分研磨后得到bifeo3纳米颗粒。
步骤三.将4质量份氧化石墨加入20质量份无水乙醇中，然后在155w功率下超声处理60min，得到氧化石墨烯胶体悬浮液。
步骤四.取10质量份氧化石墨烯胶体悬浮液和3质量份步骤二制备的bifeo3纳米颗粒在20℃温度下搅拌10min。
步骤五.将步骤四搅拌后的悬浮液进行微孔滤膜真空过滤，过滤后将滤饼在50℃烘箱中烘干，然后将磁性纳米材料改性后石墨烯薄膜从滤膜上揭下，在500℃温度、0ma/m磁场强度和氮气氛围的条件下对薄膜进行退火，退火时间为30min，最终得到磁性纳米材料改性石墨烯薄膜。
实施例2
一种磁性纳米材料改性石墨烯薄膜的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
步骤一.将50质量份fe(no3)3·9h2o和20质量份bi(no3)3·5h2o溶于80质量份无水乙醇中，搅拌30min。
步骤二.将搅拌后的溶液转入反应釜中，在220℃温度下反应12h，待反应釜冷却至室温后过滤，用无水乙醇和蒸馏水清洗后，在120℃温度下干燥8h，充分研磨后得到bifeo3纳米颗粒。
步骤三.将20质量份氧化石墨加入40质量份无水乙醇中，然后在185w功率下超声处理90min，得到氧化石墨烯胶体悬浮液。
步骤四.取20质量份氧化石墨烯胶体悬浮液和6质量份步骤二制备的bifeo3纳米颗粒在25℃温度下搅拌15min。
步骤五.将步骤四搅拌后的悬浮液进行微孔滤膜真空过滤，过滤后将滤饼在60℃烘箱中烘干，然后将磁性纳米材料改性后石墨烯薄膜从滤膜上揭下，在625℃温度、6.89ma/m磁场强度和氮气氛围的条件下对薄膜进行退火，退火时间为40min，最终得到磁性纳米材料改性石墨烯薄膜。
实施例3
一种磁性纳米材料改性石墨烯薄膜的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
步骤一.将30质量份fe(no3)3·9h2o和15质量份bi(no3)3·5h2o溶于70质量份无水乙醇中，搅拌25min。
步骤二.将搅拌后的溶液转入反应釜中，在200℃温度下反应11h，待反应釜冷却至室温后过滤，用无水乙醇和蒸馏水清洗后，在110℃温度下干燥6h，充分研磨后得到bifeo3纳米颗粒，所述反应釜为聚四氟乙烯高压反应釜。
步骤三.将10质量份氧化石墨加入30质量份无水乙醇中，然后在165w功率下超声处理80min，得到氧化石墨烯胶体悬浮液。
步骤四.取15质量份氧化石墨烯胶体悬浮液和5质量份步骤二制备的bifeo3纳米颗粒在22℃温度下搅拌15min。
步骤五.将步骤四搅拌后的悬浮液进行微孔滤膜真空过滤，微孔滤膜真空过滤的仪器为微孔滤膜过滤器。过滤后将滤饼在55℃烘箱中烘干，然后将磁性纳米材料改性后石墨烯薄膜从滤膜上揭下，在580℃温度、6.89ma/m磁场强度和氮气氛围的条件下对薄膜进行退火，退火时间为30min，最终得到磁性纳米材料改性石墨烯薄膜。制备的磁性纳米材料改性石墨烯薄膜的厚度为5～10μm。
对比例1
同实施例3，区别在于不进行退火处理，具体步骤如下：一种磁性纳米材料改性石墨烯薄膜的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
步骤一.将30质量份fe(no3)3·9h2o和15质量份bi(no3)3·5h2o溶于70质量份无水乙醇中，搅拌25min。
步骤二.将搅拌后的溶液转入反应釜中，在200℃温度下反应11h，待反应釜冷却至室温后过滤，用无水乙醇和蒸馏水清洗后，在110℃温度下干燥6h，充分研磨后得到bifeo3纳米颗粒，所述反应釜为聚四氟乙烯高压反应釜。
步骤三.将10质量份氧化石墨加入30质量份无水乙醇中，然后在165w功率下超声处理80min，得到氧化石墨烯胶体悬浮液。
步骤四.取15质量份氧化石墨烯胶体悬浮液和5质量份步骤二制备的bifeo3纳米颗粒在22℃温度下搅拌15min。
步骤五.将步骤四搅拌后的悬浮液进行微孔滤膜真空过滤，微孔滤膜真空过滤的仪器为微孔滤膜过滤器。过滤后将滤饼在55℃烘箱中烘干，然后将磁性纳米材料改性后石墨烯薄膜从滤膜上揭下，最终得到磁性纳米材料改性石墨烯薄膜。
对实施例1-3及对比例1制备的磁性纳米材料改性石墨烯薄膜进行性能测试。测试结果参照下表。
实现了所制备的氧化石墨烯薄膜不会膨胀或破损，而且具有优异的电导率。