一种石墨烯包覆Fe3O4纳米颗粒的复合吸波材料制备方法与流程

本发明属于吸波材料技术领域，具体涉及一种石墨烯包覆Fe₃O₄纳米颗粒的复合吸波材料制备方法。

背景技术：

随着现代科学技术的发展，电气设备虽然为社会生产提供了极大便利，但其广泛应用形成了复杂的电磁辐射环境，这些电磁辐射不仅干扰电子仪器和设备的正常使用，辐射严重还会影响人类的健康。目前，解决电磁辐射污染的有效的方法是采用吸波材料，吸波材料能够吸收、衰减电磁辐射，将电磁能转换成热能耗散掉。其中，石墨烯具有独特的力学、电学、光学及磁学性能引起了广泛关注，研究表明，氧化石墨烯片和还原氧化石墨烯存在较多缺陷官能团，可以改善阻抗匹配特性，促使从邻近状态向费米能级状态转变，有利于电磁波的渗透和吸收的，成为一种新型吸波材料；Fe₃O₄纳米材料作为一种典型的具有介电损耗和磁损耗双重作用于一体的介质材料，由于其低成本、吸收性能较好等原因，其在电磁屏蔽与电磁波吸收的应用已经引起人们的关注。然而，单纯的未经处理的Fe₃O₄纳米材料作为吸波材料，会显现易氧化、高密度、频率吸收段窄，高频渗透率低等问题，电磁波吸收性能受到极大限制。为此，国内外学者通过石墨烯与Fe₃O₄复合制备出来复合吸波材料，使吸波材料具有较宽的吸波频带宽和较低的反射损耗。例如，中国专利CN104163919A公开了一种聚苯胺/氧化石墨烯/四氧化三铁复合吸波材料，所制备的复合材料在2～18GHz内反射损耗值低于-10dB的频带宽度为2.62GHz，最小反射损耗值为-46.5GHz。 但是现有技术中石墨烯与四氧化三铁复合吸波材料的制备过程复杂，反应时间长，部分与有毒的导电高聚物复合，制备的复合材料仍存在吸波性能欠佳，对电磁波吸收峰值较小，吸收频段窄问题，通常会大于40 wt%，甚至超过60 wt%，这不仅增大了吸波材料的密度，增加吸收剂的重量，提高生产成本。

技术实现要素：

本发明的目的在于解决现有技术中制备吸波材料存在的技术问题，而提出了一种石墨烯包覆Fe₃O₄纳米颗粒的复合吸波材料制备方法，该方法不仅制备过程简单，而且加入的吸波剂含量为30 wt%，制得的吸波材料具有吸波性能强、吸波频段宽的优点。

该发明是通过以下技术方案实现的：

一种石墨烯包覆Fe₃O₄纳米颗粒的复合吸波材料制备方法，包括以下具体步骤：

(1). 将一定量的Fe₃O₄纳米颗粒溶于去离子水中进行超声分散，超声10-20min，得到分散液A;

(2). 将一定量的石墨烯溶于去离子水中进行超声分散，超声10-20min，得到分散液B；

(3). 将步骤(1)中得到的分散液A逐滴加到不断搅拌的步骤(2)中得到的分散液B中，得到混合液；将混合液在5000-10000r/min下离心10-20min，得黑色沉淀，采用真空抽滤，用去离子水水洗，在40-60℃下真空干燥，得到石墨烯第一次包覆Fe₃O₄纳米颗粒的产物(Fe₃O₄@G)；

(4). 将80mg氧化石墨溶于80mL乙醇和水体积比为1:1的乙醇水溶液中，得到石墨烯的乙醇水溶液， 将步骤(3)中得到的产物(Fe₃O₄@G)分散到80ml石墨烯的乙醇水溶液中，得到均匀的混合液，装入高压反应釜中，在180℃下水热反应，反应时间为6-12h，再用真空抽滤后，用去离子水水洗，在45℃下真空干燥，得到石墨烯第二次包覆Fe₃O₄纳米颗粒的产物(Fe₃O₄@G)即得到石墨烯包覆Fe₃O₄纳米颗粒的复合吸波材料。

上述步骤(4)中所述的乙醇水溶液中，其中，乙醇和水的体积比为1:2。

本发明与现有技术相比具有以下的有益效果：

本发明的方法采用水热反自组装，石墨烯两次包覆Fe₃O₄纳米颗粒所制备的复合吸波材料生产成本低廉，制备工艺简单，用时较短，加入的吸波剂含量小于30wt%，材轻质，能多次反射、吸波强，调节吸波材料厚度能实现不同频率下的电磁波吸收。

附图说明

图1为实施例1中制备的氧化石墨包覆Fe₃O₄纳米颗粒的复合吸波材料的反射损耗图。

图2为实施例2中制备的热膨胀石墨烯包覆Fe₃O₄纳米颗粒的复合材料的反射损耗图。

图3为实施例3中制备的还原氧化石墨烯包覆Fe₃O纳米颗粒的复合材料的反射损耗图。

具体实施方式

以下通过特定的具体实施例和附图，对本发明作进一步详细。

本发明实施例中所述的石墨烯（G）为氧化石墨、热膨胀石墨烯、还原氧化石墨烯中的一种，其具体述后：

实施例1

本发明的一种石墨烯包覆Fe₃O₄纳米颗粒的复合吸波材料制备方法，其中，石墨烯（G）为氧化石墨，具体步骤如下：

(1). 称取0.076g Fe₃O₄纳米颗粒溶于200ml去离子水中进行超声分散，超声10-20min，得到分散液A；

(2). 称取25mg氧化石墨溶于250ml去离子水中进行超声分散，超声10-20min , 得到分散液B；

(3).将步骤(1)中得到的分散液A逐滴加到不断搅拌的步骤(2)得到的分散液B中，得到混合液；将混合液在8000r/min下离心0-20min，得黑色沉淀，用真空抽滤，用去离子水清洗，在45℃下真空干燥，得到氧化石墨第一次包覆Fe₃O₄纳米颗粒的产物（Fe₃O₄@GO）；

(4). 将80mg氧化石墨溶于80mL乙醇和水体积比为1:1的乙醇水溶液中，得到石墨烯的乙醇水溶液，将步骤(3)中制得的产物(Fe₃O₄@GO)均匀分散到30ml氧化石墨的乙醇水溶液中，将上述均匀的混合液装入高温反应釜，在180℃温度下处理12h，再用真空抽滤后，用去离子水水洗，在45℃下真空干燥，得到石墨烯第二次包覆Fe₃O₄产物(Fe₃O₄@GO/GO)，即得到氧化石墨烯包覆Fe₃O₄纳米颗粒的复合吸波材料。

将本实施例1中制备的复合吸波材料与石蜡以3:7的比例混合，采用安捷伦科技有限公司生产的，型号为N5245A的传输/反射矢量网络分析仪进行吸波性能测试，得到不同匹配厚度下氧化石墨包覆Fe₃O₄纳米颗粒复合吸波材料的反射损耗，如图1所示，由图1可以看出，复合吸波材料涂层厚度为2mm时，反射损耗（RL）为-35.5dB；涂层厚度为2.0-5.5mm变化时，有效吸波（RL<-10dB）频率覆盖范围4-18GHz。

实施例2

本发明的一种石墨烯包覆Fe₃O₄纳米颗粒的复合吸波材料制备方法，其中，石墨烯为热膨胀石墨烯，具体步骤如下：

(1). 称取0.076g Fe₃O₄纳米颗粒溶于200ml去离子水中进行超声分散，超声10-20min，得到分散液A；

(2). 称取25mg制备的热膨胀石墨烯溶于250ml去离子水中进行超声分散，超声10-20min,得到分散液B；

(3). 在快速搅拌的条件下，将步骤(1)中得到的分散液A逐滴加到不断搅拌的步骤(2)得到的分散液B中，得到混合液；将混合液在8000r/min下离心0-20min，得黑色沉淀，用真空抽滤，用去离子水清洗，在45℃真空干燥得到石墨烯第一次包覆Fe₃O₄纳米颗粒的产物(Fe₃O₄@r-GO)；

(4). 将80mg热膨胀石墨烯溶于80mL乙醇和水体积比为1:1的乙醇水溶液中，得到石墨烯的乙醇水溶液，

将步骤(3)中制得的产物(Fe₃O₄@r-GO)均匀分散到30ml热膨胀石墨烯的乙醇水溶液中，将上述均匀的混合液装入高温反应釜，在180℃温度下处理12h，再用真空抽滤后，用去离子水水洗，在45℃下真空干燥，得到石墨烯第二次包覆Fe₃O₄产物(Fe₃O₄@r-GO/r-GO)，即得到热膨胀石墨烯包覆Fe₃O₄纳米颗粒的复合吸波材料。

将本实施例2中制备的复合吸波材料与石蜡以3:7的比例混合，采用型号为N5245A的传输/反射矢量网络分析仪进行吸波性能测试，得到不同匹配厚度下热膨胀石墨烯包覆Fe₃O₄四氧化三铁纳米颗粒复合吸波材料的反射损耗，如图2所示，由图2可以看出，复合吸波材料涂层厚度为4mm时，反射损耗（RL）为-39dB；涂层厚度为2.0-5.5mm变化时，有效吸波（RL<-10dB）频率覆盖范围4.7-18GHz。

实施例3

本发明的一种石墨烯包覆Fe₃O₄纳米颗粒的复合吸波材料制备方法，其中，石墨烯为还原氧化石墨烯，具体步骤如下：

(1). 称取0.076g Fe₃O₄纳米颗粒溶于200ml去离子水中进行超声分散，超声10-15min，得到分散液A；

(2). 称取25mg制备的还原氧化石墨烯溶于250ml去离子水中进行超声分散，超声10-20min,得到分散液B；

(3). 在快速搅拌的条件下，将步骤(1)中得到的分散液A逐滴加到不断搅拌的步骤(2)得到的分散液B中，得到混合液；将混合液在8000r/min下离心0-20min，得黑色沉淀，用真空抽滤，用去离子水清洗，在45℃真空干燥得到石墨烯第一次包覆Fe₃O₄纳米颗粒的产物(Fe₃O₄@RGO)；

(4). 将80mg还原氧化石墨烯溶于80mL乙醇和水体积比为1:1的乙醇水溶液中，得到石墨烯的乙醇水溶液， 将步骤(3)中制得的产物(Fe₃O₄@RGO)均匀分散到30ml还原氧化石墨烯的乙醇水溶液中，将上述均匀的混合液装入高温反应釜，180℃温度下处理12h，再用真空抽滤后，用去离子水水洗，在45℃下真空干燥，得到石墨烯二次包覆Fe₃O₄的产物(Fe₃O₄@RGO/RGO)即得到还原氧化石墨烯包覆Fe₃O₄纳米颗粒的复合吸波材料。

将本实施例3中制备的复合吸波材料与石蜡以3:7的比例混合，采用型号为N5245A的传输/反射矢量网络分析仪进行吸波性能测试，得到不同匹配厚度下氧化石墨包覆Fe₃O₄纳米颗粒复合吸波材料的反射损耗，如图3所示，由图3可以看出，复合吸波材料涂层厚度为3.0mm时，反射损耗（RL）为-42dB；涂层厚度为2.0-5.5mm变化时，有效吸波（RL<-10dB）频率覆盖范围4.1-18GHz。