[发明专利]一种石墨烯/聚苯胺/钴复合吸波材料及制备方法

说明书

技术领域：

本发明属于电磁波吸收材料制备领域，特别涉及一种具有吸波性能的石墨烯/聚苯胺/钴新型复合材料的制备方法。

背景技术：

随着现代科学技术的发展和工业文明的进步，各种电子仪器设备的应用也日益增多，其产生越来越多的电磁辐射，所以电磁干扰越来越严重，已经成为许多设备能否发挥作用的主要障碍；同时电磁污染已渗透到生产和生活的每个角落，严重影响人们的身体健康。因此，如何有效地预防和消除电磁干扰已成为全球科技界的重要课题。

吸波材料要求满足厚度薄、密度低、频段宽、吸收强等特点。根据吸波机理，吸波材料一般可分为电损耗型、磁损耗型。导电高聚物、石墨等导电性强的材料的吸波机理主要为电损耗，包括导电损耗和介电损耗两部分，损耗主要来源于电子极化、原子极化、固有电偶极子取向极化和界面极化等；铁氧体、羰基铁、氮化铁等磁性材料的吸波机理主要为磁损耗，磁损耗可分为涡流损耗、磁滞损耗和剩余损耗等。大量研究表明，单一损耗型的吸波剂很难满足吸波材料的要求，原因是由于它们只能单一的调节吸波材料中某些影响因素，而不能同时调整介电常数和磁导率两个决定性参数。因此，开发同时具有介电损耗和磁损耗的复合材料才是解决电磁波吸收的最有效途径。

中国专利CN101521046A“石墨薄片表面负载磁性合金粒子吸波材料及其制备方法”中公开了一种用还原气氛从复合氧化物中还原出磁性离子负载在石墨薄片上，通过调整合金组分，能方便地调节产品的吸波性能。该复合材料在2-18GHz频率范围的反射损耗达-34.4dB,但有效带宽较窄。

目前关于以磁性金属粉末和导电聚合物作为电磁波吸收剂的报道较多，但以石墨烯作为吸收剂的报道较少，尤其是将石墨烯、聚苯胺和具有磁损耗特性的金属粉末复合制成的多元复合材料不仅可以降低吸收剂的密度，而且可以拓宽吸收频带，提高吸收效果。因此，本发明从复合新型材料的角度将石墨烯、聚苯胺和钴有机复合，制备出兼具各组分优点的石墨烯/聚苯胺/钴新型复合材料。

发明内容：

本发明的目的在于提供一种石墨烯/聚苯胺/钴新型复合材料的制备方法，该材料具有成本低廉、制备工艺简单、吸收电磁波能力强、吸收频带宽和密度小等特点。

一种石墨烯/聚苯胺/钴复合吸波材料，其特征在于该吸波材料由成膜材料和电磁波吸收剂组成，其中，成膜材料采用石蜡，电磁波吸收剂采用石墨烯/聚苯胺/钴三元复合物，石墨烯/聚苯胺/钴三元复合物与石蜡的质量比为1:1。

如上所述石墨烯/聚苯胺/钴吸波材料的制备方法，包括如下步骤：

（1）氧化石墨烯的制备

采用改进Hummers法由天然石墨反应制备氧化石墨，原料采用325目天然鳞片石墨和硝酸钠、98%浓硫酸、KMn0₄，它们质量比为1:0.4～0.5:70～92:5；将所需量石墨与硝酸钠加入浓硫酸中，冰浴冷却至4℃，缓慢加入KMn0₄，搅拌反应90min；然后升温至30℃搅拌反应30min；缓慢加入去离子水，然后于90℃搅拌反应20min后，冷却至室温后加入去离子水和双氧水，经离心洗涤后真空干燥得到氧化石墨；

将氧化石墨加入150ml去离子水超声2h，得到氧化石墨烯的悬浮液。

（2）氧化石墨/聚苯胺二元复合材料的制备

在氧化石墨烯的悬浮液中加入苯胺酸溶液，氧化石墨烯与苯胺质量比1:8～20，恒速搅拌20min，缓慢滴加含过硫酸铵酸溶液，苯胺：过硫酸铵质量比1:1.6；在冰浴条件下反应12h，静止12小时弃掉上清液，减压抽滤用去离子水洗涤至中性，45℃真空干燥，得到氧化石墨烯/聚苯胺二元复合物；其中，苯胺酸溶液、过硫酸铵酸溶液均采用盐酸或磺基水杨酸溶液配制，苯胺酸溶液的苯胺浓度为6mg/ml-16mg/ml。

（3）石墨烯/聚苯胺/钴三元复合材料的制备

称取氧化石墨烯/聚苯胺二元复合物分散于乙醇和去离子水混合液中，乙醇和去离子水混合液中乙醇和去离子水的比例为4:1；准确称取氯化钴加入含有二元复合物的乙醇和去离子水混合液中，二元复合物与钴盐质量比1:4～8，超声0.5h，加入氨水调节PH至9，然后加入质量分数80%的水合肼，水合肼与氯化钴质量比25:1，超声5min，静止弃掉上清液，减压抽滤，洗涤至中性后真空干燥，得到石墨烯/聚苯胺/钴三元复合物；

（4）以石墨烯/聚苯胺/钴三元复合物为电磁波吸收剂，按电磁波吸收剂：石蜡的质量比1:1称取石墨烯/聚苯胺/钴三元复合物和石蜡，加热混合均匀，自然冷却后压片得到石墨烯/聚苯胺/钴吸波材料。