[发明专利]磁化疏液型石墨烯基纳米阻尼片的制备方法及其阻尼器

说明书

技术领域

本发明涉及一种磁化疏液型石墨烯基纳米阻尼片的制备方法及其阻尼器。

背景技术

石墨烯是一种由碳原子构成的单层片状结构的新材料，是目前世上最薄却也是最坚硬的纳米材料。由于其良好的透光性(只吸收2.3％的光)、传热性(导热系数高达5300W/m·K)、导电性(常温下其电子迁移率*超过15000cm2/V·s，电阻率只约10-6Ω·cm)，石墨烯可用于制备电极材料、纳米复合材料、气体及生物分子传感器及热传导材料等。虽然绝大部分气、液分子无法直接垂直穿过单层石墨烯，但某些较小的气、液分子却可以平行穿过石墨烯片层。因此如果能够控制石墨烯表面的物、化性质及片层之间的距离，就有可能控制液体穿过石墨烯片层时所受到的界面张力及耗散的能量。

R.R.Nair等人发现了由于两片石墨烯之间的超强界面张力，只有水分子才能通过由氧化石墨烯自组装而成的片层结构。那么，如果能够有效地控制石墨烯片层之间的距离，其他液体分子也可连续的通过石墨烯片层。

Dmitriy A.Dikin等人报道了由氧化石墨烯自组装而成的石墨烯纸的制备方法及材料特性。该石墨烯纸宏观表现出来的柔韧性及刚度，是纳米尺度的石墨烯有序的相互叠加作用的结果。

Sungjin Park等人通过在氧化石墨烯溶液中添加聚丙烯胺，制作出了一种化学上相互叠嵌的石墨烯膜。此种石墨烯薄膜宏观上体现出了优良的力学刚度和强度。

Paul L.McEuen等人研究了单层石墨烯片的渗透情况。研究发现，大部分气体分子，即便是氦气分子，也不能垂直穿过单原子厚度的单片石墨烯结构。因此，本发明提出的液体在石墨烯复合材料中流动，只能是液体分子在石墨烯纳米尺度片层间的空隙中流动。

N.R.Aluru等人采用分子动力学方法，从理论上研究了水分子通过多孔石墨烯膜的运动规律。研究发现，随着石墨烯膜孔径的逐渐增大，水分子在膜内空隙中的运动方式从单分子链变为分子流运动方式。

通过国内外学者的理论分析和实验研究可知，流体在纳米尺度范围内运动规律的研究还仅仅出于起步发展阶段，大部分研究主要针对于水分子在规则纳米通道内的运动，而对于流体在表面复杂的纳米孔道或其他类型的纳米孔道内运动规律的研究和应用还非常匮乏。

本发明采用将表面磁化疏液化的石墨烯与双酚A环氧树脂在高温高压、定向磁场作用下形成纳米片层复合材料，通过迫使液体在复合材料石墨烯纳米片层间往复连续流动，成功制备出了一种新型纳米流体阻尼材料。由于液体在石墨烯片层间的纳米空隙中运动时，需要克服很强的固——液界面张力和液体分子间力，有效的耗散了外界输入的机械能，而且材料质量轻，体积小，变形率大，具有很高的能量耗散密度。

发明内容

本发明提供一种由表面接枝十三氟辛基三甲氧基硅烷及四氧化三铁纳米颗粒的石墨烯与环氧树脂在高温高压及定向磁场作用下复合而成的纳米层阻尼片，及其与极性高表面张力液体配套组成的新型纳米流体阻尼器。

本发明采用如下技术：

一种磁化疏液型石墨烯基纳米阻尼片的制备方法，按如下步骤进行：

1)将Ag325目鳞片石墨粉、Bg硝酸钠和C mL质量浓度95％浓硫酸混合，在冰浴下搅拌30分钟，搅拌过程中，将D g高锰酸钾缓慢加入到混合液中，并保持水温低于20℃；然后混合液在室温条件下搅拌12小时，液体最终变为亮黄色；加入E mL蒸馏水至混合液中，并在98℃下搅拌24小时；接下来，将F mL质量浓度为30％的双氧水加入混合液中，搅拌2小时后用质量浓度为5％的盐酸溶液洗3次，再用蒸馏水洗3次后真空干燥，制得氧化石墨烯；

其中固液比为A∶B∶C∶D∶E∶F＝5∶2.5∶120∶15∶150∶50；

2)将制备所得的氧化石墨烯与无水甲苯在混合均匀，迅速加入十三氟辛基基三甲氧基硅烷后磁力搅拌并90℃油浴加热回流24小时，氧化石墨烯、无水甲苯和十三氟辛基基三甲氧基硅烷的固液比为1g∶100mL∶10mL，回流完毕后将溶液分别用甲苯和蒸馏水反复冲洗过滤3次后100℃真空干燥12小时；将疏液化的石墨烯与七水合硫酸亚铁颗粒溶解于体积比为4∶1的蒸馏水与无水乙醇的混合液中，其中石墨烯∶七水合硫酸亚铁颗粒∶蒸馏水与无水乙醇混合液的固液比为1g∶10g∶250mL，超声处理30分钟后，机械搅拌12小时，使溶液混合均匀；然后将混合液油浴回流至90℃，缓慢加入与七水合硫酸亚铁摩尔比为2∶1的氢氧化钠颗粒，90℃下机械搅拌6小时后真空干燥；