本發(fā)明屬于吸波材料的制備方法，涉及一種柔性的石墨烯/透波纖維復(fù)合吸波材料的制備方法。

背景技術(shù)：

隨著電子通信的快速發(fā)展，人類所處電磁環(huán)境日益復(fù)雜，電磁輻射成為繼水污染、大氣污染和噪聲污染之后的新型污染。為了應(yīng)對電磁污染對人類健康的影響，研制可穿戴型的柔性吸波材料是迫切需要解決的熱點問題。氮化硅、氧化鋁、氧化鋯等纖維織物具有良好的力學(xué)性能，但是均屬于透波纖維。在保證其機械強度以及柔韌性的同時實現(xiàn)電磁波吸收，從而獲得結(jié)構(gòu)功能一體化材料具有巨大的應(yīng)用前景。

目前，改善透波纖維電磁波吸收的有效方法是引入吸波組元，包括磁性吸波劑和吸波型陶瓷基體等。但是磁性吸波材料的實際使用有很大的局限性，磁性金屬、鐵氧體等吸波劑密度大，且在高溫環(huán)境下會失效。而吸波陶瓷基體的引入大大增加了材料的厚度和質(zhì)量。這些方法均不滿足新型吸波材料“質(zhì)量輕、厚度薄、吸收頻帶寬”的需求。

文獻1“徐銘，賈菲，許海龍等.一種玻璃纖維基復(fù)合吸波材料及其制備方法，中國，CN104557095B[P].2016”公開了一種鋇鐵氧體/玻璃纖維復(fù)合吸波材料的制備方法。該方法通過溶膠凝膠和熱處理工藝在玻璃纖維表面涂覆一層鋇鐵氧體吸波劑，所制備復(fù)合材料的反射率<-10dB的帶寬為0～4.7GHz。該方法引入多種絡(luò)合劑，制備工藝復(fù)雜，且鋇鐵氧體的密度大。

文獻2“殷小瑋，李權(quán)，段文艷等.結(jié)構(gòu)/吸波一體化復(fù)合材料的制備方法，中國，CN103923601B[P].2016”公開了一種陶瓷基纖維增強復(fù)合吸波材料的制備方法。該方法采用多次浸漬陶瓷前驅(qū)體并進行高溫?zé)崽幚恚蛘呓Y(jié)合化學(xué)氣相沉積工藝提高材料吸波性能并使復(fù)合材料致密化。此方法工藝周期較長，所制得產(chǎn)品因脆性陶瓷基體無法保持纖維本身的宏觀柔性。

綜上所述，在保證連續(xù)透波纖維柔韌特性的同時實現(xiàn)材料的電磁波吸收仍是亟待解決的難題。目前尚無復(fù)合石墨烯和透波纖維獲得柔性吸波復(fù)合材料的報道。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

要解決的技術(shù)問題

為了避免現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，本發(fā)明提出一種柔性的石墨烯/透波纖維復(fù)合吸波材料的制備方法，用一種簡單的工藝復(fù)合石墨烯和透波纖維，制備出輕質(zhì)柔性的纖維增強復(fù)合吸波材料，解決目前纖維基復(fù)合吸波材料制備工藝復(fù)雜、吸波涂層厚、質(zhì)量重等諸多缺點。

技術(shù)方案

一種柔性的石墨烯/透波纖維復(fù)合吸波材料的制備方法，其特征在于步驟如下：

步驟1：將透波纖維預(yù)制體置于馬弗爐中，在空氣氣氛下，熱處理溫度400～600℃，保溫1～3h后隨爐冷卻，然后分別用丙酮和去離子水清洗并烘干；

步驟2：在步驟1處理后的透波纖維的表面涂覆氧化石墨烯水溶液，在40～80℃烘干；重復(fù)本過程多次；

步驟3：將涂覆氧化石墨烯后的透波纖維置于馬弗爐中，在氬氣或氮氣氣氛下熱處理，溫度為400～700℃，處理時間0.5～3h，形成石墨烯/纖維；

步驟4：將石墨烯/纖維在聚二甲基硅氧烷PDMS中真空浸漬5～30min，然后置于干燥箱中固化1～10h，固化溫度60～100℃，制得柔性還原氧化石墨烯/纖維復(fù)合材料。

所述透波纖維為BN纖維、Si₃N₄纖維、Al₂O₃纖維或ZrO₂纖維。

所述步驟2的重復(fù)本過程多次為1～10次。

所述氧化石墨烯水溶液是：將氧化石墨烯置于去離子水中超聲分散1～10h，配置0.5～3mg/mL的氧化石墨烯水溶液。

所述所述氧化石墨烯純度>99wt％，直徑500nm～5μm。

所述步驟2的涂覆方法為旋涂或真空浸漬。

所述聚二甲基硅氧烷中添加有固化劑，固化劑含量1～5％。

有益效果

本發(fā)明提出的一種柔性的石墨烯/透波纖維復(fù)合吸波材料的制備方法，通過旋涂或者浸漬工藝在透波纖維表面均勻涂覆氧化石墨烯，并通過熱處理工藝還原氧化石墨烯，然后將所得還原氧化石墨烯/纖維封裝于柔性樹脂基體中。有益效果為：(1)選用二維輕質(zhì)的石墨烯作為吸波劑，大大降低了吸波材料的重量和厚度；(2)該工藝過程未使用還原劑、粘結(jié)劑、分散劑等有機添加劑，安全環(huán)保，工藝簡單；(3)所制得復(fù)合吸波材料吸波頻率可調(diào)，最小反射損耗達(dá)-45dB(電磁波吸收超過99.99％)，反射損耗<-10dB的頻帶寬度為0～4.2GHz；(4)所制得復(fù)合材料保持了良好的柔韌性和性能穩(wěn)定性，彎折數(shù)千次后吸波性能不降低。

附圖說明

圖1是本發(fā)明方法的工藝流程圖。

圖2是實施例1負(fù)載石墨烯后的氧化鋁纖維SEM照片。

具體實施方式

現(xiàn)結(jié)合實施例、附圖對本發(fā)明作進一步描述：

實施實例1：

(1)將氧化鋁纖維預(yù)制體置于馬弗爐中(空氣氣氛)，熱處理溫度600℃，保溫1h后隨爐冷卻，然后分別用丙酮和去離子水清洗，烘干，備用。

(2)將100mg氧化石墨烯置于200mL去離子水中超聲分散1h，制得0.5mg/mL的氧化石墨烯水溶液，通過旋涂方法在步驟1處理后的氧化鋁纖維表面涂覆一層氧化石墨烯，40℃烘干。重復(fù)該步驟10次。

(3)將涂覆氧化石墨烯后的纖維置于馬弗爐中(氬氣氣氛)熱處理，溫度為700℃，處理時間0.5h。處理后的石墨烯/氧化鋁纖維形貌如圖2所示。

(4)將上述處理后的石墨烯/纖維于PDMS中真空浸漬5min，然后置于干燥箱中固化1h，固化溫度100℃，制得柔性還原氧化石墨烯/氧化鋁纖維復(fù)合材料。

將試樣加工成標(biāo)準(zhǔn)電磁波反射率測試試樣，測得其最小反射損耗達(dá)-45dB，吸收頻率在8.2～12.4GHz范圍內(nèi)可調(diào)。

實施實例2：

(1)將氮化硅纖維預(yù)制體置于馬弗爐中(空氣氣氛)，熱處理溫度400℃，保溫3h后隨爐冷卻，然后分別用丙酮和去離子水清洗，烘干，備用。

(2)將300mg氧化石墨烯置于100mL去離子水中超聲分散10h，制得3mg/mL的氧化石墨烯水溶液，通過真空浸漬方法在步驟1處理后的氮化硅纖維表面涂覆一層氧化石墨烯，80℃烘干。重復(fù)該步驟1次。

(3)將涂覆氧化石墨烯后的纖維置于馬弗爐中(氮氣氣氛)熱處理，溫度為400℃，處理時間3h。

(4)將上述處理后的石墨烯/纖維于PDMS中真空浸漬30min，然后置于干燥箱中固化10h，固化溫度60℃，制得柔性還原氧化石墨烯/氮化硅纖維復(fù)合材料。

將試樣加工成標(biāo)準(zhǔn)電磁波反射率測試試樣，測得其有效吸收頻帶寬度達(dá)4.2GHz。

實施實例3：

(1)將氮化硼纖維預(yù)制體置于馬弗爐中(空氣氣氛)，熱處理溫度500℃，保溫2h后隨爐冷卻，然后分別用丙酮和去離子水清洗，烘干，備用。

(2)將100mg氧化石墨烯置于100mL去離子水中超聲分散5h，制得1mg/mL的氧化石墨烯水溶液，通過真空浸漬方法在步驟1處理后的氮化硼纖維表面涂覆一層氧化石墨烯，60℃烘干。重復(fù)該步驟5次。

(3)將涂覆氧化石墨烯后的纖維置于馬弗爐中(氮氣氣氛)熱處理，溫度為500℃，處理時間2h。

(4)將上述處理后的石墨烯/纖維于PDMS中真空浸漬10min，然后置于干燥箱中固化5h，固化溫度80℃，制得柔性還原氧化石墨烯/氮化硼纖維復(fù)合材料。

實施實例4：

(1)將氧化鋯纖維預(yù)制體置于馬弗爐中(空氣氣氛)，熱處理溫度500℃，保溫2h后隨爐冷卻，然后分別用丙酮和去離子水清洗，烘干，備用。

(2)將200mg氧化石墨烯置于100mL去離子水中超聲分散8h，制得2mg/mL的氧化石墨烯水溶液，通過真空浸漬方法在步驟1處理后的氧化鋯纖維表面涂覆一層氧化石墨烯，70℃烘干。重復(fù)該步驟3次。

(3)將涂覆氧化石墨烯后的纖維置于馬弗爐中(氬氣氣氛)熱處理，溫度為600℃，處理時間1h。

(4)將上述處理后的石墨烯/纖維于PDMS中真空浸漬20min，然后置于干燥箱中固化6h，固化溫度70℃，制得柔性還原氧化石墨烯/氧化鋯纖維復(fù)合材料。

實施實例5：

(1)將氧化鋁纖維預(yù)制體置于馬弗爐中(空氣氣氛)，熱處理溫度500℃，保溫1.5h后隨爐冷卻，然后分別用丙酮和去離子水清洗，烘干，備用。

(2)將100mg氧化石墨烯置于100mL去離子水中超聲分散4h，制得1mg/mL的氧化石墨烯水溶液，通過真空浸漬方法在步驟1處理后的氧化鋁纖維表面涂覆一層氧化石墨烯，60℃烘干。重復(fù)該步驟6次。

(3)將涂覆氧化石墨烯后的纖維置于馬弗爐中(氮氣氣氛)熱處理，溫度為500℃，處理時間2h。

(4)將上述處理后的石墨烯/纖維于PDMS中真空浸漬15min，然后置于干燥箱中固化5h，固化溫度90℃，制得柔性還原氧化石墨烯/氧化鋁纖維復(fù)合材料。

實施實例6：

(1)將氮化硅纖維預(yù)制體置于馬弗爐中(空氣氣氛)，熱處理溫度550℃，保溫1h后隨爐冷卻，然后分別用丙酮和去離子水清洗，烘干，備用。

(2)將200mg氧化石墨烯置于100mL去離子水中超聲分散7h，制得2mg/mL的氧化石墨烯水溶液，通過真空浸漬方法在步驟1處理后的氮化硅纖維表面涂覆一層氧化石墨烯，80℃烘干。重復(fù)該步驟3次。

(3)將涂覆氧化石墨烯后的纖維置于馬弗爐中(氬氣氣氛)熱處理，溫度為450℃，處理時間2h。

(4)將上述處理后的石墨烯/纖維于PDMS中真空浸漬20min，然后置于干燥箱中固化3h，固化溫度100℃，制得柔性還原氧化石墨烯/氮化硅纖維復(fù)合材料。