一种石墨烯包覆金属纳米颗粒多孔粉体的制备及其应用

本发明属于吸波材料，具体涉及一种石墨烯包覆金属纳米颗粒多孔粉体的制备方法及其吸波应用。

背景技术：

1、吸波材料通过将入射的电磁波能量转化为热能和其他能量，有利于保护电子设备、人们的身体健康以及周围的环境（advanced materials 2013, 25, 1296-1300;advanced materials 2015, 27, 2049-2053; advanced functional materials 2018,28, 1707205）。通常来说，理想的吸波剂需要满足厚度薄、质量轻、吸收频带宽和吸收强的要求（advanced functional materials 2018, 28, 1800761; advanced functionalmaterials 2018, 28, 1803938）。碳材料如石墨烯、碳纤维、碳纳米管、多孔碳，因其低密度、高介电损耗和物理化学稳定性被认为是吸波材料的候选人。在这些吸波材料中，石墨烯备受关注。但是，单一的碳材料缺乏磁损耗且阻抗匹配不佳，吸波性能不理想（nanoscale2014, 6, 2447-2454; acs applied materials & interfaces 2018, 10, 13860-13868）。

2、针对上述问题，通过石墨烯与磁性金属复合，获得良好的阻抗匹配（advancedfunctional materials 2018, 28, 1803938; chemical engineering journal 2018,352, 510-518; chemical engineering journal 2018, 345, 441-451）。但是，一方面，石墨烯片容易堆叠引起团聚，减少了界面极化，严重降低了它的吸波性能。另一方面，磁性纳米颗粒容易团聚，不能充分利用磁耦合来提高磁损耗能力（advanced functionalmaterials 2019, 29, 1901448）。

3、与传统的吸波剂相比，各种纳米材料，如纳米球、纳米线和纳米片等，通常因其多样的形貌结构使入射的电磁波在这些结构中经过多重和反复的反射和散射不断被消耗，从而获得优异的吸波性能。

4、因此，解决石墨烯和磁性纳米颗粒的团聚，制备多级结构的碳材料与磁性金属复合材料对于获得阻抗匹配良好和吸波性能优异的吸波材料具有重要意义。

5、有必要研发一种具有厚度薄、质量轻、吸收频带宽和吸收强的吸波材料。

技术实现思路

1、本发明针对现有技术中存在的问题，发明了一种易于实现的制备一种石墨烯包覆金属纳米颗粒多孔粉体的方法，并展示其吸波性能。

2、为实现上述
技术实现要素：
，本发明采用一下技术方案来实现：

3、一种石墨烯包覆金属纳米颗粒多孔粉体的制备方法包括以下步骤：

4、 (1)按一定质量比称取硝酸盐和含碳聚合物，将硝酸盐溶于一定量的水，搅拌均匀后加入含碳聚合物，继续搅拌均匀；

5、 (2)将得到的溶液烘干备用；

6、 (3) 将烘干的样品放入管式炉中，通入惰性气体，保持一定的升温速度，加热到一定温度保温一段时间，得到石墨烯结构多孔碳包覆磁性纳米金属颗粒粉体材料。

7、作为上述技术方案的优选，本发明提供的的制备方法进一步包括下列技术特征的部分或全部：

8、 步骤(1)中所述含碳聚合物的浓度范围在5～18 wt%，其中含碳聚合物包括聚乙烯吡咯烷酮(pvp)、聚丙烯腈(pan)，其分子量范围为5000～600000。

9、 步骤(1)中所述硝酸盐的组分为fe(no3)3 或ni(no3)2或co(no3)2或两者及以上。

10、步骤(1)中所述硝酸盐和含碳聚合物的质量比范围为1:1～4：1。

11、步骤(2)中所述烘干温度为60℃～100℃；烘干时间为8h～12h。

12、 步骤(3)中所述惰性气体为氩气或氮气。

13、步骤(3)中所述升温速度范围为1～15℃/min

14、 步骤(3)中所述反应温度优选为500℃～1000℃；保温时间为2h～4h。

15、本发明提供的石墨烯结构多孔碳包覆磁性纳米金属颗粒粉体材料的制备方法，其有益效果在于：

16、与现有技术相比，本发明所述的制备方法简单，原料来源广泛，成本低廉，利于实现大规模生产及应用；以及制备过程中一种石墨烯包覆金属纳米颗粒多孔粉体材料的碳壁厚度可控；且通过调整硝酸盐的种类和比例能形成少层石墨烯包覆金属纳米颗粒的金属粉体；因此该方法同时具有普遍使用的。

技术特征：

1.一种石墨烯包覆金属纳米颗粒多孔粉体材料的制备方法，具体步骤如下：

2.根据权利要求1所述一种石墨烯包覆金属纳米颗粒多孔粉体材料的制备方法，其特征在于：配制一定浓度的含碳聚合物及一定比例的含碳聚合物和硝酸盐水溶液并搅拌均匀，其中含碳聚合物的浓度范围在5～18 wt%，硝酸盐和含碳聚合物比例范围在1～4：1，其中含碳聚合物包括聚乙烯吡咯烷酮(pvp)、聚丙烯腈(pan)，其分子量范围为5000～600000，硝酸盐包括fe(no3)3 或ni(no3)2或co(no3)2或两者及以上。

3.根据权利要求1所述石墨烯包覆金属纳米颗粒多孔粉体材料的制备方法，其特征在于：步骤(2)中所述烘干温度范围60℃～100℃；烘干时间为8h～12h。

4.根据权利要求1所述石墨烯包覆金属纳米颗粒多孔粉体材料的制备方法，其特征在于：步骤(3)中所述惰性气体为氩气或氮气。

5.根据权利要求1所述石墨烯包覆金属纳米颗粒多孔粉体材料的制备方法，其特征在于：步骤(3)中所述升温速度范围为1～15℃/min。

6.根据权利要求1所述石墨烯包覆金属纳米颗粒多孔粉体材料的制备方法，其特征在于：步骤(3)中所述一定温度为500℃～1000℃；保温时间为2h～4h。

技术总结
本发明涉及一种石墨烯包覆金属纳米颗粒多孔粉体的制备方法及其应用；本方法通过将聚合物和硝酸盐混合搅拌均匀并烘干，利用碳热还原方法制备了负载金属的石墨烯结构多孔碳；通过改变硝酸盐的种类可以获得石墨烯包覆不同成分金属纳米颗粒的多孔粉体；通过改变升温速率可以改变多孔碳的壁厚；此多级成分、多级结构的石墨烯结构多孔碳粉体可以作为吸波剂，具有优异的吸波性能；该方法对实验设备要求低，可大规模制备，具有很好地应用前景；此外，本方法还可以扩展到与其他纳米材料复合制备其他多维多成分复合材料，应用于吸波、电磁屏蔽、吸附等领域。

技术研发人员：吉希希,王海林,仝永刚,胡永乐,黄标,曹太山,王力,蒋明勇,杨文杰
受保护的技术使用者：长沙理工大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12