一种rGO@Ni复合电磁吸波材料及其制备方法

本发明涉及一种rgo@ni复合电磁吸波材料，还涉及上述rgo@ni复合电磁吸波材料的制备方法。

背景技术：

1、目前，随着信息技术特别是微波通信技术的快速发展，为人们日常生活和工业制造带来了极大的便利，但环境中存在的电磁(em)辐射污染已成为一个不可忽视的问题，电磁(em)辐射污染不仅对人体健康造成危害，而且干扰电子设备的运行。因此，迫切需要探索高效的电磁波吸收材料，有效地将电磁波能量转化为热能和其他形式的能量，使电磁波耗散。

2、碳基材料是应用最广泛的电磁波吸收材料，特别是低维碳材料。低维碳材料的碳原子以sp2杂化方式，排列成二维蜂窝状结构。独特的电子结构使得材料表面的载流子浓度较高，有利于电子的迁移，即在电场作用下容易形成宏观电流，表现出高电导损耗能力，例如碳球、多孔碳、碳纳米管、石墨烯和还原氧化石墨烯(rgo)。近年研究发现，还原氧化石墨烯作为众多低维碳系材料中的一员，因其独特的二维结构和超低密度、高比表面积和优异的环境稳定性和高的电子传输能力，使其在电磁波吸收材料的应用中具有良好的应用前景。然而，大多数电磁波在入射到单一组分石墨烯表面时都会经历反射过程，这是因为石墨烯的介电常数较高，导致阻抗匹配差。

技术实现思路

1、发明目的：本发明目的旨在提供一种呈核壳结构的rgo@ni复合电磁吸波材料，该复合材料通过组分复合以及结构设计对二维还原氧化石墨烯材料进行改性，实现电磁波吸收性能的优化；本发明另一目的旨在提供一种上述rgo@ni复合电磁吸波材料的制备方法。

2、技术方案：本发明所述的rgo@ni复合电磁吸波材料，所述复合电磁吸波材料呈核壳结构，由镍纳米颗粒以及包覆在镍纳米颗粒外的片状石墨烯组成，片状石墨烯围合的空腔内径大于镍纳米颗粒的外径，因此两者之间具有空腔结构。

3、上述rgo@ni复合电磁吸波材料的制备方法，包括如下步骤：

4、(1)将聚乙烯醇溶解于氧化石墨烯悬浮液中，在加热条件下搅拌直至聚乙烯醇完全溶解，得到溶液a；聚乙烯醇能够使石墨烯悬浮液变成粘稠液；

5、(2)将乙酰丙酮镍溶于无水乙醇中，在室温下搅拌后得到溶液b；

6、(3)将溶液a缓慢滴加到溶液b中(溶液a和溶液b的混合体积比为2:5)，在油浴加热下使溶液a和溶液b混合均匀得到混合液；持续加热保温状态能够使聚乙烯醇始终溶解在体系中，不会发生凝固；

7、(4)将混合液加入到已预热的橄榄油中(混合液与橄榄油的混合体积比为7:5)，先高速剧烈搅拌后再低速搅拌，随后继续升温搅拌；剧烈搅拌是为了形成稳定的油包水乳化剂，若是速度慢不易产生形成微球的油包水结构；80℃下低速搅拌是为了慢慢除去乙醇，最后在95℃下的低速搅拌是为了除去水分和剩余的乙醇；

8、聚乙烯醇是乙酰丙酮镍颗粒与rgo纳米片之间的粘合剂，同时构筑微球的框架，它在后续惰性气氛煅烧中经热解过程聚乙烯醇与乙酰丙酮镍相互作用不仅可以消除聚乙烯醇(从而形成带空腔的核壳结构)，而且可以将乙酰丙酮镍煅烧为镍颗粒；橄榄油在加热条件下，剧烈搅拌形成稳定的油包水乳化剂(橄榄油的作用是形成油包水乳化剂，整体来看整个溶液是油包水乳化剂，从微观角度看是形成了油包水的微粒结构)，从而有助于形成微球结构，接着乳化剂体系在加热条件下低速搅拌2h除去乙醇，最后在95℃下低速搅拌除去水和剩余的乙醇，此步骤中的长时间搅拌是为了充分形成微球结构，并且在这个过程中水分和乙醇被慢慢除去；

9、(5)反应后将去离子水倒入步骤(4)的反应容器内进行多次过滤洗涤，水洗后再将无水乙醇倒入步骤(4)的反应容器内进行多次过滤洗涤，醇洗后将得到的去除油的粉体置于真空干燥箱中干燥得到前驱体；

10、(6)在惰性气氛下，将得到的前驱体置于高温管式炉中进行热处理(高温碳化)，得到rgo@ni复合电磁吸波材料。

11、其中，步骤(1)中，聚乙烯醇与go悬浮液的质量体积比为：3g：200ml；即将1.2g聚乙烯醇加入到80mlgo悬浮液中；go悬浮液中，go的浓度为2mg/ml。

12、其中，步骤(1)中，加热温度为80℃，加热时间为1～2h。

13、其中，步骤(2)中，乙酰丙酮镍与无水乙醇的质量体积比为：3g：100ml；即将6g的乙酰丙酮镍加入到200ml无水乙醇中。

14、其中，步骤(2)中，搅拌时间为30min，搅拌速度为600r/min。

15、其中，步骤(3)中，油浴加热温度为80℃，油浴时间为1～2h。

16、其中，步骤(4)中，橄榄油与混合液的体积为5：7～8，预热的橄榄油温度为80℃。

17、其中，步骤(4)中，高速剧烈搅拌时间为5min，搅拌速度为5000r/min；低速搅拌时间为2h，搅拌速度为600r/min；随后升温至95℃，在搅拌速度为600r/min下搅拌3h。

18、其中，步骤(5)中，真空干燥箱的温度为80℃，保温时间为720min。

19、其中，步骤(6)中，升温速率为2℃/min，煅烧温度为800℃，煅烧时间为2h。

20、二维石墨烯的外包覆结构可改善金属颗粒的团聚问题，也为电磁波的传输提供了有效途径(导电性增强有助于介电损耗)，同时空腔结构的存在增加了空气组分，rgo@ni复合材料中因ni、rgo和air多种组分的存在有效增强了界面极化效应，从而使复合材料在多重损耗机制的协调作用下有效促进了电磁波的衰减，使rgo@ni复合电磁吸波材料在低填充度下也具有优异的电磁吸波性能。

21、有益效果：相比于现有技术，本发明具有如下显著的优点：本发明rgo@ni复合电磁吸波材料呈具有空腔的核壳结构，磁性ni纳米颗粒被二维rgo包覆，能够有效地防止金属纳米颗粒的团聚现象，也丰富了多重损耗机制；磁性ni纳米颗粒的嵌入一方面引入了磁损耗机制，有利于电磁波的吸收衰减；另一方面协同提高了复合吸波材料的介电损耗能力，从而进一步加强电磁波在复合材料内部的吸收衰减作用；另外，核壳结构中空腔的存在增加了复合材料中的空气组分，为复合材料引入轻质特性的同时能够构筑多重异质界面(即ni、rgo和air多组分同时存在的特性能够构筑多重异质界面)，且使材料的比表面积增大，进而有效增强界面极化效应，进一步促进复合材料吸波性能的提升；因此本发明rgo@ni复合电磁吸波材料在低填充度下具有优异的电磁吸波性能；另外，本发明制备方法工艺简单、成本低，无需复杂的合成设备，适宜规模化大批量生产。

技术特征：

1.一种rgo@ni复合电磁吸波材料，其特征在于：所述复合电磁吸波材料呈核壳结构，由镍纳米颗粒以及包覆在镍纳米颗粒外的片状石墨烯组成，片状石墨烯围合的空腔内径大于镍纳米颗粒的外径。

2.权利要求1所述的rgo@ni复合电磁吸波材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

3.根据权利要求2所述的rgo@ni复合电磁吸波材料的制备方法，其特征在于：步骤(1)中，聚乙烯醇与go悬浮液的质量体积比为：3～4g：200ml；go悬浮液中，go的浓度为2～3mg/ml。

4.根据权利要求2所述的rgo@ni复合电磁吸波材料的制备方法，其特征在于：步骤(1)中，加热温度为80～85℃，加热时间为1～2h。

5.根据权利要求2所述的rgo@ni复合电磁吸波材料的制备方法，其特征在于：步骤(2)中，乙酰丙酮镍与无水乙醇的质量体积比为：3～4g：100ml。

6.根据权利要求2所述的rgo@ni复合电磁吸波材料的制备方法，其特征在于：步骤(3)中，油浴加热温度为80～85℃，油浴时间为1～2h；溶液a和溶液b的混合体积比为2～3：5。

7.根据权利要求2所述的rgo@ni复合电磁吸波材料的制备方法，其特征在于：步骤(4)中，橄榄油与混合液的体积为5：7～8，预热的橄榄油温度为80～85℃。

8.根据权利要求2所述的rgo@ni复合电磁吸波材料的制备方法，其特征在于：步骤(4)中，高速剧烈搅拌时间为5～6min，搅拌速度为5000～5500r/min；低速搅拌时间为2～3h，搅拌速度为600～650r/min；随后升温至95～98℃，在搅拌速度为600～650r/min下搅拌3～4h。

9.根据权利要求2所述的rgo@ni复合电磁吸波材料的制备方法，其特征在于：步骤(5)中，真空干燥箱的温度为80～85℃，保温时间为720～750min。

10.根据权利要求2所述的rgo@ni复合电磁吸波材料的制备方法，其特征在于：步骤(6)中，升温速率为2～3℃/min，煅烧温度为800～850℃，煅烧时间为2～3h。

技术总结
本发明公开了一种rGO@Ni复合电磁吸波材料及其制备方法，所述复合电磁吸波材料呈核壳结构，由镍纳米颗粒以及包覆在镍纳米颗粒外的片状石墨烯，片状石墨烯围合的空腔的内径大于镍纳米颗粒的外径，因此两者之间具有空腔结构。本发明rGO@Ni复合电磁吸波材料呈具有空腔的核壳结构，磁性Ni纳米颗粒被二维rGO包覆，能够有效地防止金属纳米颗粒的团聚现象，也丰富了多重损耗机制；磁性Ni纳米颗粒的嵌入一方面引入了磁损耗机制，另一方面协同提高了复合吸波材料的介电损耗能力，从而加强了电磁波在复合材料内部的吸收衰减作用；另外，核壳结构中空腔的存在增加了复合材料中的空气组分，为复合材料引入轻质特性的同时能够构筑多重异质界面，进而有效增强界面极化效应，进一步促进复合材料吸波性能的提升；因此本发明rGO@Ni复合电磁吸波材料在低填充度下具有优异的电磁吸波性能。

技术研发人员：罗振涛,姬广斌,顾未华,吴玉涵,申来法,王翰彬,张泰晨
受保护的技术使用者：南京航空航天大学
技术研发日：
技术公布日：2024/2/19