專利名稱：一種空心半球結(jié)構(gòu)四氧化三鐵/還原氧化石墨烯復(fù)合吸波材料及制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種新型結(jié)構(gòu)的吸波材料及其制備方法，具體涉及一種空心半球結(jié)構(gòu)四氧化三鐵/還原氧化石墨烯復(fù)合吸波材料的制備方法。
背景技術(shù)：
鐵氧體是一種傳統(tǒng)的吸波材料，由于價(jià)格低廉以及對電磁波具有雙復(fù)損耗，鐵氧體吸收劑具有吸收強(qiáng)、頻帶較寬、抗腐蝕能力強(qiáng)及成本低的特點(diǎn)，但是由于鐵氧體密度大， 并且難以滿足相對介電常數(shù)和相對磁導(dǎo)率盡可能接近的原則，導(dǎo)致阻抗不容易匹配，以致于單一的鐵氧體難以同時(shí)滿足吸收強(qiáng)、頻帶寬、質(zhì)量輕、以及厚度薄等高性能吸波材料的要求。還原氧化石墨烯，是一種具有單層石墨片層結(jié)構(gòu)的新型的碳材料，具有優(yōu)異的電學(xué)、力學(xué)和電化學(xué)性能，同時(shí)還原氧化石墨烯還具有超輕的密度、大的比表面積、良好的導(dǎo)熱性以及較高的介電損耗。目前關(guān)于四氧化三鐵與還原氧化石墨烯復(fù)合材料報(bào)道的比較多，但大多研究復(fù)合材料的超級電容器性能和鋰電性能，對于復(fù)合材料的微波吸收性能和電磁屏蔽性能報(bào)道的比較少，并且目前所報(bào)道的多為實(shí)心納米顆粒的四氧化三鐵/還原氧化石墨烯復(fù)合材料，如在 G. Zhou, et al, Graphene-wrapped Fe3O4 anode material with improved reversible capacity and cyclic stability for lithium ion batteries. Chem. Mater. 2010, 22, 5306-5313.禾口 Shantanu K. Behera, Enhanced rate performance and cyclic stability of Fe304_graphene nanocomposites for Li ion battery anodes, Chem. Commun. , 2011，47，10371 - 10373.中所述。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的即是提出了一種結(jié)構(gòu)新穎的空心半球結(jié)構(gòu)四氧化三鐵/還原氧化石墨烯復(fù)合吸波材料以及其制備方法。本發(fā)明的空心半球結(jié)構(gòu)四氧化三鐵/還原氧化石墨烯復(fù)合吸波材料，其是具有空心半球結(jié)構(gòu)的四氧化三鐵納米顆粒均勻生長在還原氧化石墨烯片的上下兩個(gè)表面，形成的一種納米厚度的多層復(fù)合結(jié)構(gòu)的吸波材料，其厚度小于鐵磁性材料在微波頻段的趨膚深度 100納米-1微米。所述四氧化三鐵納米顆粒直徑100-500納米。本發(fā)明的空心半球結(jié)構(gòu)四氧化三鐵/還原氧化石墨烯復(fù)合吸波材料的制備方法， 包括下述步驟(1)將0.01-2重量份的氧化石墨烯、0. 1-1重量份的表面活性劑P123和/或F127，超聲分散到50-100重量份的溶劑中；所述溶劑為乙二醇、乙醇和水中的至少一種；
(2)將1-3重量份的可溶性鐵鹽和1-4重量份的可溶性有機(jī)鹽加入到上述溶液中，快速攪拌60-120分鐘，得到均勻分散的溶液；
(3)將上述混合溶液轉(zhuǎn)入不銹鋼反應(yīng)釜中，擰緊后，放入鼓風(fēng)干燥箱中于180-200攝氏度恒溫3-12小時(shí)；
(4)取出反應(yīng)釜，將產(chǎn)物進(jìn)行抽濾，依次用蒸餾水、無水乙醇洗滌，再放入真空干燥箱中于80攝氏度真空干燥10小時(shí)。 優(yōu)選的，所述步驟(1)中，超聲分散60-120分鐘為宜。所述步驟(1)中，所述表面活性劑P123即E020-P070-E020，所述表面活性劑F127 即 E0106-P070-E0106 。所述步驟(1)中，溶劑體積組成優(yōu)選為乙二醇乙醇水=50-100 :0-10 =O-IO0所述步驟(2)中，可溶性鐵鹽為三價(jià)鐵鹽，優(yōu)選為氯化鐵、硝酸鐵、硫酸鐵中的一種或幾種混合；
所述步驟(2 )中，可溶性有機(jī)鹽優(yōu)選為乙酸鈉和/或乙酸鉀。所述的復(fù)合吸波材料中四氧化三鐵的質(zhì)量百分比為90%_99%，所述的還原氧化石墨烯的質(zhì)量百分比為1%-10%。本發(fā)明采用溶劑熱法制備了一種空心半球結(jié)構(gòu)四氧化三鐵/還原氧化石墨烯復(fù)合吸波材料。在該復(fù)合吸波材料中，空心半球結(jié)構(gòu)的四氧化三鐵顆粒均勻生長在還原氧化石墨烯片的上下兩個(gè)表面，可以有效提高復(fù)合材料中四氧化三鐵的含量，并且形成一種納米厚度的多層復(fù)合結(jié)構(gòu)的吸波材料，其厚度小于鐵磁性材料在微波頻段的趨膚深度100納米-1微米，有效地抑制了復(fù)合材料的趨膚損耗；另外，四氧化三鐵與還原氧化石墨烯進(jìn)行復(fù)合，改變了復(fù)合材料的電磁參量，增加了復(fù)合材料的介電損耗，因此提高了四氧化三鐵/ 還原氧化石墨烯復(fù)合材料的吸波性能，此外空心半球結(jié)構(gòu)的四氧化三鐵大大降低了復(fù)合材料的密度，有效降低了該復(fù)合吸波材料實(shí)際使用時(shí)的重量，并且空心半球結(jié)構(gòu)的四氧化三鐵不但可以有效吸收電磁波，而且還能偏轉(zhuǎn)和散射雷達(dá)波，大大提高了實(shí)際使用時(shí)的隱身效果。在本發(fā)明中，制備的一種空心半球結(jié)構(gòu)四氧化三鐵/還原氧化石墨烯復(fù)合吸波材料， 在反射損耗-10 dB以下的吸收帶寬高達(dá)4. 8 GHz，并且最大反射損耗達(dá)-24 dB，如圖4，而此時(shí)在微波測試的樣品中，空心半球結(jié)構(gòu)四氧化三鐵/還原氧化石墨烯復(fù)合吸波材料的質(zhì)量僅占30%，測試樣品的厚度也僅僅2 mm，完全滿足了新型吸波材料“薄(厚度薄)、輕(質(zhì)量輕)、寬(吸收頻帶寬)、強(qiáng)(吸波性能強(qiáng))”的需求。


圖1是空心半球結(jié)構(gòu)四氧化三鐵/還原氧化石墨烯復(fù)合吸波材料的X射線衍射 (XRD)圖。圖2是空心半球結(jié)構(gòu)四氧化三鐵/還原氧化石墨烯復(fù)合吸波材料的掃描電子顯微鏡(SEM)圖。圖3是空心半球結(jié)構(gòu)四氧化三鐵/還原氧化石墨烯復(fù)合吸波材料的透射電子顯微鏡(TEM)圖。圖4是空心半球結(jié)構(gòu)四氧化三鐵/還原氧化石墨烯復(fù)合吸波材料與石蠟以質(zhì)量比為3:7混合后所得的2. 0毫米厚度涂層的微波反射衰減曲線。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合具體實(shí)施例，對本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步說明。應(yīng)理解，這些實(shí)施例僅用于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍。此外應(yīng)理解，任何未背離本發(fā)明精神實(shí)質(zhì)的而對本發(fā)明進(jìn)行的各種變形和修改對本領(lǐng)域技術(shù)人員來說均是顯而易見的，這些等價(jià)形式同樣落于本申請權(quán)利要求書所限定的范圍。實(shí)施例1
1.稱取0.01克氧化石墨烯和0.5克P123，置于100毫升燒杯中，加入60毫升乙二醇，超聲分散90分鐘；
2.稱取1.0克三氯化鐵和2.0克乙酸鈉，依次加入上述溶液中，快速攪拌60分鐘；
3.將上述混合物溶液轉(zhuǎn)入到100毫升的不銹鋼反應(yīng)釜中，擰緊后，放入鼓風(fēng)干燥箱中 180攝氏度恒溫10小時(shí)；
4.取出反應(yīng)釜，將產(chǎn)物進(jìn)行抽濾，依次用蒸餾水、無水乙醇洗滌，再放入真空干燥箱中 80攝氏度真空干燥10小時(shí)，最后得到空心半球結(jié)構(gòu)四氧化三鐵/還原氧化石墨烯復(fù)合吸波材料。實(shí)施例2
1.稱取0.05克氧化石墨烯和0.5克P123，置于100毫升燒杯中，加入60毫升乙二醇，超聲分散90分鐘；
2.稱取1.0克三氯化鐵和2.0克乙酸鈉，依次加入上述溶液中，快速攪拌60分鐘；
3.將上述混合物溶液轉(zhuǎn)入到100毫升的不銹鋼反應(yīng)釜中，擰緊后，放入鼓風(fēng)干燥箱中 180攝氏度恒溫10小時(shí)；
4.取出反應(yīng)釜，將產(chǎn)物進(jìn)行抽濾，依次用蒸餾水、無水乙醇洗滌，再放入真空干燥箱中 80攝氏度真空干燥10小時(shí)，最后得到空心半球結(jié)構(gòu)四氧化三鐵/還原氧化石墨烯復(fù)合吸波材料。實(shí)施例3
1.稱取0.1克氧化石墨烯和0.5克P123，置于100毫升燒杯中，加入60毫升乙二醇，超聲分散90分鐘；
2.稱取1.0克三氯化鐵和2.0克乙酸鈉，依次加入上述溶液中，快速攪拌60分鐘；
3.將上述混合物溶液轉(zhuǎn)入到100毫升的不銹鋼反應(yīng)釜中，擰緊后，放入鼓風(fēng)干燥箱中 180攝氏度恒溫10小時(shí)；
4.取出反應(yīng)釜，將產(chǎn)物進(jìn)行抽濾，依次用蒸餾水、無水乙醇洗滌，再放入真空干燥箱中 80攝氏度真空干燥10小時(shí)，最后得到空心半球結(jié)構(gòu)四氧化三鐵/還原氧化石墨烯復(fù)合吸波材料。實(shí)施例4
1.稱取0. 05克氧化石墨烯和0. 2克P123，置于100毫升燒杯中，加入50毫升乙二醇
5和10毫升水，超聲分散90分鐘；
2.稱取1.0克三氯化鐵和3.0克乙酸鈉，依次加入上述溶液中，快速攪拌60分鐘；
3.將上述混合物溶液轉(zhuǎn)入到100毫升的不銹鋼反應(yīng)釜中，擰緊后，放入鼓風(fēng)干燥箱中 200攝氏度恒溫10小時(shí)；
4.取出反應(yīng)釜，將產(chǎn)物進(jìn)行抽濾，依次用蒸餾水、無水乙醇洗滌，再放入真空干燥箱中 80攝氏度真空干燥10小時(shí)，最后得到空心半球結(jié)構(gòu)四氧化三鐵/還原氧化石墨烯復(fù)合吸波材料。
實(shí)施例5
1.稱取0.1克氧化石墨烯和0.2克P123，置于100毫升燒杯中，加入50毫升乙二醇、 5毫升乙醇和5毫升水的混合溶劑，超聲分散90分鐘；
2.稱取1.0克三氯化鐵和3.0克乙酸鈉，依次加入上述溶液中，快速攪拌60分鐘；
3.將上述混合物溶液轉(zhuǎn)入到100毫升的不銹鋼反應(yīng)釜中，擰緊后，放入鼓風(fēng)干燥箱中 200攝氏度恒溫6小時(shí)；
4.取出反應(yīng)釜，將產(chǎn)物進(jìn)行抽濾，依次用蒸餾水、無水乙醇洗滌，再放入真空干燥箱中 80攝氏度真空干燥10小時(shí)，最后得到空心半球結(jié)構(gòu)四氧化三鐵/還原氧化石墨烯復(fù)合吸波材料。
實(shí)施例6
1.稱取0.1克氧化石墨烯和0.5克P123，置于100毫升燒杯中，加入60毫升乙二醇， 超聲分散90分鐘；
2.稱取0.968克硝酸鐵和3.0克乙酸鉀，依次加入上述溶液中，快速攪拌60分鐘；
3.將上述混合物溶液轉(zhuǎn)入到100毫升的不銹鋼反應(yīng)釜中，擰緊后，放入鼓風(fēng)干燥箱中 200攝氏度恒溫12小時(shí)；
4.取出反應(yīng)釜，將產(chǎn)物進(jìn)行抽濾，依次用蒸餾水、無水乙醇洗滌，再放入真空干燥箱中 80攝氏度真空干燥10小時(shí)，最后得到空心半球結(jié)構(gòu)四氧化三鐵/還原氧化石墨烯復(fù)合吸波材料。實(shí)施例7
1.稱取2克氧化石墨烯和1克F127，置于100毫升燒杯中，加入80毫升乙二醇，超聲分散90分鐘；
2.稱取3.0克三氯化鐵和4.0克乙酸鈉，依次加入上述溶液中，快速攪拌60分鐘；
3.將上述混合物溶液轉(zhuǎn)入到100毫升的不銹鋼反應(yīng)釜中，擰緊后，放入鼓風(fēng)干燥箱中 200攝氏度恒溫6小時(shí)；
4.取出反應(yīng)釜，將產(chǎn)物進(jìn)行抽濾，依次用蒸餾水、無水乙醇洗滌，再放入真空干燥箱中 80攝氏度真空干燥10小時(shí)，最后得到空心半球結(jié)構(gòu)四氧化三鐵/還原氧化石墨烯復(fù)合吸波材料。實(shí)施例8
1.稱取1.0克氧化石墨烯和0.6克F127，置于100毫升燒杯中，加入80毫升乙醇，超聲分散90分鐘；2.稱取2.0克三氯化鐵和3.0克乙酸鉀，依次加入上述溶液中，快速攪拌60分鐘；
3.將上述混合物溶液轉(zhuǎn)入到100毫升的不銹鋼反應(yīng)釜中，擰緊后，放入鼓風(fēng)干燥箱中 200攝氏度恒溫6小時(shí)；
4.取出反應(yīng)釜，將產(chǎn)物進(jìn)行抽濾，依次用蒸餾水、無水乙醇洗滌，再放入真空干燥箱中 80攝氏度真空干燥10小時(shí)，最后得到空心半球結(jié)構(gòu)四氧化三鐵/還原氧化石墨烯復(fù)合吸波材料。
權(quán)利要求
1.一種空心半球結(jié)構(gòu)四氧化三鐵/還原氧化石墨烯復(fù)合吸波材料，其是具有空心半球結(jié)構(gòu)的四氧化三鐵納米顆粒均勻生長在還原氧化石墨烯片的上下兩個(gè)表面，形成的一種納米厚度的多層復(fù)合結(jié)構(gòu)的吸波材料，其厚度小于鐵磁性材料在微波頻段的趨膚深度100納米-1微米。
2.如權(quán)利要求1所述的復(fù)合吸波材料，其特征在于所述四氧化三鐵納米顆粒直徑 100-500 納米。
3.權(quán)利要求1或2所述的復(fù)合吸波材料的制備方法，包括下述步驟(1)將0.01-2重量份的氧化石墨烯、0. 1-1重量份的表面活性劑P123和/或F127，超聲分散到50-100重量份的溶劑中；所述溶劑為乙二醇、乙醇和水中的至少一種；(2)將1-3重量份的可溶性鐵鹽和1-4重量份的可溶性有機(jī)鹽加入到上述溶液中，快速攪拌60-120分鐘，得到均勻分散的溶液；(3)將上述混合溶液轉(zhuǎn)入不銹鋼反應(yīng)釜中，擰緊后，放入鼓風(fēng)干燥箱中于180-200攝氏度恒溫3-12小時(shí)；(4)取出反應(yīng)釜，將產(chǎn)物進(jìn)行抽濾，依次用蒸餾水、無水乙醇洗滌，再放入真空干燥箱中于70-90攝氏度真空干燥8-12小時(shí)。
4.權(quán)利要求3所述的復(fù)合吸波材料的制備方法，其特征在于所述步驟(1)中，超聲分散60-120分鐘。
5.權(quán)利要求3所述的復(fù)合吸波材料的制備方法，其特征在于所述步驟(1)中，溶劑體積組成為乙二醇乙醇水=50-100 :0-10 :0-10。
6.權(quán)利要求3所述的復(fù)合吸波材料的制備方法，其特征在于所述步驟(2)中，可溶性鐵鹽為氯化鐵、硝酸鐵、硫酸鐵中的一種或幾種混合。
7.權(quán)利要求3所述的復(fù)合吸波材料的制備方法，其特征在于所述步驟(2)中，可溶性有機(jī)鹽為乙酸鈉和/或乙酸鉀。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種空心半球結(jié)構(gòu)四氧化三鐵/還原氧化石墨烯復(fù)合吸波材料，其是具有空心半球結(jié)構(gòu)的四氧化三鐵納米顆粒均勻生長在還原氧化石墨烯片的上下兩個(gè)表面形成的一種納米厚度的多層復(fù)合結(jié)構(gòu)的吸波材料，其厚度小于鐵磁性材料在微波頻段的趨膚深度100納米-1微米；本發(fā)明還公開了該材料的制備方法。該復(fù)合吸波材料提高了復(fù)合材料中四氧化三鐵的含量，厚度小于鐵磁性材料在微波頻段的趨膚深度100納米-1微米，有效抑制了復(fù)合材料的趨膚損耗；實(shí)際使用時(shí)的重量輕，吸波性能好，不僅可以有效吸收電磁波，還能偏轉(zhuǎn)和散射雷達(dá)波，大大提高了實(shí)際使用時(shí)的隱身效果，完全滿足新型吸波材料“薄、輕、寬、強(qiáng)”的需求。
文檔編號C09K3/00GK102533216SQ20111044168
公開日2012年7月4日 申請日期2011年12月27日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月27日
發(fā)明者孫俊, 徐懷良, 畢紅, 袁媛 申請人:合肥希創(chuàng)電子科技有限公司, 安徽大學(xué)