一種四氧化三鐵復(fù)合二氧化硅與石墨烯的柔性納米吸波材料及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種柔性吸波材料及其制備方法，具體涉及一種四氧化三鐵復(fù)合二氧化硅與石墨烯的柔性納米吸波材料及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著無線通信與電子產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，電磁干擾與電磁輻射已經(jīng)開始損害電磁兼容、信息安全以及人體健康，逐漸成為嚴(yán)重的新型環(huán)境污染物。因此大量的研宄者致力于研發(fā)具有質(zhì)輕、強吸收、寬頻率吸收段以及良好熱穩(wěn)性的新型吸波材料。
[0003]柔性吸波材料，指能吸收投射到它表面的電磁波能量的一類材料。在工程應(yīng)用上，除要求吸波材料在較寬頻帶內(nèi)對電磁波具有高的吸收率外，還要求它具有質(zhì)量輕、耐溫、耐濕和抗腐蝕等性能。
[0004]柔性吸波材料可以分為傳統(tǒng)型柔性吸波材料和新型柔性吸波材料兩種。其中傳統(tǒng)型柔性吸波材料按其微波損耗機理分為:電阻型吸波材料、電介質(zhì)型吸波材料和磁介質(zhì)型吸波材料。新型柔性吸波材料包括:納米材料、多晶鐵纖維、手性材料、導(dǎo)電高聚物吸波材料、等離子體吸波材料和可見光、紅外及雷達(dá)兼容吸波材料等。
[0005]納米四氧化三鐵材料作為一種典型的具有介電損耗和磁損耗雙重作用于一體的介質(zhì)材料，由于其低成本、吸收性能較好等原因，其在電磁屏蔽與吸收領(lǐng)域的潛在應(yīng)用已經(jīng)引起人們的廣泛關(guān)注與研宄。然而，單純的四氧化三鐵小球作為吸波材料，會顯現(xiàn)易氧化、高密度、頻率吸收段窄、高頻滲透率低等弊端。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有納米四氧化三鐵材料作為吸波材料存在的不足，提供一種制備穩(wěn)定性好、質(zhì)輕、吸波性能好的利用四氧化三鐵復(fù)合二氧化硅與石墨烯的柔性納米吸波材料及其制備方法。
[0007]本發(fā)明第一方面涉及一種四氧化三鐵復(fù)合二氧化硅與石墨烯的柔性納米吸波材料，其包括呈球體或類球體的四氧化三鐵復(fù)合二氧化硅納米球以及位于該四氧化三鐵復(fù)合二氧化硅納米球周圍呈片狀的石墨烯；其中所述四氧化三鐵復(fù)合二氧化硅納米球的內(nèi)部為四氧化三鐵納米粒子簇，外部包覆二氧化硅；所述四氧化三鐵復(fù)合二氧化硅納米球的粒徑為 210_250nm。
[0008]本發(fā)明第二方面涉及本發(fā)明第一方面所述的四氧化三鐵復(fù)合二氧化硅與石墨烯的柔性納米吸波材料的制備方法，其先以溶劑熱法制備所述四氧化三鐵納米粒子簇；再以溶膠凝膠法在所述四氧化三鐵納米粒子簇外包覆二氧化硅，得到所述四氧化三鐵復(fù)合二氧化硅納米球；然后再在所述四氧化三鐵復(fù)合二氧化硅納米球外復(fù)合石墨烯。其中所述溶劑熱法是在水熱法的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，指密閉體系如高壓釜內(nèi)，以有機物或非水溶媒為溶劑，在一定的溫度和溶液的自生壓力下，原始混合物進行反應(yīng)的一種合成方法。它與水熱反應(yīng)的不同之處在于所使用的溶劑為有機物而不是水。
[0009]在本發(fā)明優(yōu)選的實施方案中，所述的四氧化三鐵復(fù)合二氧化硅與石墨烯的柔性納米吸波材料的制備方法包括以下詳細(xì)步驟:
[0010](I)四氧化三鐵納米粒子簇的制備
[0011]將三價鐵鹽、一價金屬醋酸鹽與乙二胺四乙酸二鈉或乙二胺四乙酸二鉀以(0.8-1.2): (5-7): (0.001-0.1)的摩爾比溶解于乙二醇中得到混合物，將該混合物轉(zhuǎn)入密閉反應(yīng)釜中并使其在180-220°C自生壓力下反應(yīng)8-12小時；自然冷卻至室溫后，洗滌干燥，得到所述四氧化三鐵納米粒子簇。此步制得的四氧化三鐵納米粒子的表面較為粗糙，粒徑在180-220nm范圍內(nèi)。
[0012](2)四氧化三鐵復(fù)合二氧化硅納米球的制備
[0013]將乙醇、去離子水、濃氨水以(6-10): (0.5-0.5): (0.01-0.05)的體積比配制成混合液，將上述步驟(I)中所得產(chǎn)物以其中四氧化三鐵相對于混合液0.04%-0.06%的質(zhì)量比加至上述混合液中，超聲分散均勻后，逐滴加入正硅酸乙酯，然后在邊超聲邊攪拌條件下反應(yīng)1-3小時，洗滌干燥，得到所述四氧化三鐵復(fù)合二氧化硅納米球；其中所述濃氨水是指氨濃度為22-25wt%的氨水；
[0014](3)四氧化三鐵復(fù)合二氧化硅與石墨烯柔性納米吸波材料的制備
[0015]將預(yù)氧化石墨粉以0.06% -0.07%的質(zhì)量比均勻分散于去離子水中，在加熱條件下向其中加入水合肼，攪拌反應(yīng)2-3小時后得到懸浮液并將其冷卻至室溫；將上述步驟(2)中所得產(chǎn)物以0.05% -0.07%的質(zhì)量比分散于上述懸浮液中，超聲處理后洗滌干燥，得到所述四氧化三鐵復(fù)合二氧化硅與石墨烯柔性納米吸波材料。優(yōu)選地，所述水合肼的加入體積為所述去離子水體積的0.02%。
[0016]在本發(fā)明優(yōu)選的實施方案中，所述洗滌過程采用乙醇和水的混合溶液洗滌。
[0017]在本發(fā)明優(yōu)選的實施方案中，步驟(2)中所述正硅酸乙酯的加入體積為所述混合液體積的1/250-1/300。
[0018]在本發(fā)明優(yōu)選的實施方案中，通過增加步驟(2)中所述正硅酸乙酯的加入量來增大制得的所述四氧化三鐵復(fù)合二氧化硅納米球的粒徑。可以通過正硅酸乙酯的加入量來控制所述四氧化三鐵復(fù)合二氧化硅納米球的粒徑，以根據(jù)需求獲得期望粒徑的產(chǎn)物，
[0019]本發(fā)明第三方面涉及本發(fā)明第一方面所述的四氧化三鐵復(fù)合二氧化硅與石墨烯的柔性納米吸波材料提高吸波量或加寬頻率吸收段的用途。
[0020]本發(fā)明的柔性納米吸波材料與現(xiàn)有吸波材料相比，取得了以下有益效果:
[0021](I)本發(fā)明制備的柔性吸波材料中納米四氧化三鐵粒子包覆在二氧化硅中，故難以被氧化或還原，極大的提高了材料穩(wěn)定性、拓寬了材料的工作環(huán)境、延長了材料使用壽命O
[0022](2)本發(fā)明制備的柔性吸波材料復(fù)合上石墨烯后，相對于純納米四氧化三鐵材料的吸波效果而言，不僅極大地提高了材料的吸波量，而且加寬了頻率吸收段，故改善了材料的吸波性能。
[0023](3)本發(fā)明制備的柔性吸波材料中石墨烯的復(fù)合，相對減輕了本發(fā)明的柔性吸波材料本身的質(zhì)量；而且相對于現(xiàn)有技術(shù)吸波材料中納米四氧化三鐵材料填充量須達(dá)到50%左右才可達(dá)到較好吸波效果而言，本發(fā)明的四氧化三鐵復(fù)合二氧化硅與石墨烯后的納米材料填充量只需達(dá)到20%就可以達(dá)到更好的吸波效果，故本發(fā)明得到的柔性吸波材料為輕質(zhì)材料。
[0024](4)本發(fā)明的制備方法無污染、綠色環(huán)保，且材料本身也是一種環(huán)境友好型清潔材料。
【附圖說明】
[0025]圖1為本發(fā)明制備的柔性納米復(fù)合吸波材料的掃描電子顯微鏡(SEM)照片；
[0026]圖2為20%四氧化三鐵填充量的納米吸波材料在不同壓片厚度下的吸波反射損失曲線；
[0027]圖3為20%四氧化三鐵復(fù)合二氧化硅填充量的納米吸波材料在不同壓片厚度下的吸波反射損失曲線；
[0028]圖4為20%四氧化三鐵復(fù)合二氧化硅與石墨烯填充量的柔性納米吸波材料在不同壓片厚度下的吸波反射損失曲線。
【具體實施方式】
[0029]下面結(jié)合說明書附圖和具體實施例，進一步詳述本發(fā)明。實施例僅用于舉例說明本發(fā)明，不用于限制本發(fā)明。
[0030]實施例1
[0031]制備20%四氧化三鐵復(fù)合二氧化硅與石墨烯填充量的柔性納米吸波材料。
[0032]所述的四氧化三鐵復(fù)合二氧化硅與石墨烯的柔性納米吸波材料的制備方法包括以下詳細(xì)步驟:
[0033](I)四氧化三鐵納米粒子簇的制備
[0034]將2.028g六水合氯化鐵、3.69g醋酸鈉和0.023g乙二胺四乙酸二鈉溶解于60ml乙二醇中，超聲攪拌使混合物完全溶解，然后將溶解后的混合物轉(zhuǎn)入密閉反應(yīng)釜中并加熱至200°C，在自生壓力下反應(yīng)10小時。反應(yīng)結(jié)束后，將反應(yīng)后的混合物自然冷卻至室溫后，用乙醇和去離子水的混合溶液洗滌，離心分離并烘干，得到所述四氧化三鐵納米粒子簇；
[0035](2)四氧化三鐵復(fù)合二氧化硅納米球的制備
[0036]將0.0258g上述步驟⑴中所得產(chǎn)物分散于40ml乙醇、6ml去離子水以及Iml濃氨水形成的混合液中，超聲分散均勻后，逐滴加入170 μ I正