[发明专利]具有近零介电常数的石墨烯/聚烯烃弹性体微球制备方法

说明书

本发明涉及具有近零介电常数的石墨烯/聚烯烃弹性体微球制备方法，将浓硫酸、石墨、硝酸钠低温混合均匀后加入高锰酸钾，然后滴加双氧水并过滤，清洗至中性后进行分散，将得到的粉末加入到水中进行二次分散，得到分散液，加入酸性溶液后加热处理得到石墨烯泡沫，冷冻干燥后研磨成石墨烯粉末；滴加甲苯至聚烯烃弹性体颗粒溶胀后搅拌，加入石墨烯粉末混合均匀，静置并干燥处理得到石墨烯/聚烯烃弹性体微球。与现有技术相比，本发明制备的石墨烯/聚烯烃弹性体微球复合材料的介电常数在特定频段下接近零值，拓宽了目前超材料体验的研究范畴，其特殊于天然材料体系的介电常数能够进一步推进化学可控制备电磁性能材料的研制。

技术领域

本发明涉及介电常数近零材料的制备方法，尤其是涉及一种具有近零介电常数的石墨烯/聚烯烃弹性体微球制备方法。

背景技术

介电常数近零材料是当前研究较为热门的一种人工特殊电磁材料。1998年，Pendry等人提出了利用周期性排布的导线阵列可以实现较低的等效等离子体频率，基于此，2002年，法国Fresnel Institute的研究人员通过选择改变结构尺寸和工作频率，由金属铜片结构得到接近于0的等效介电常数，从而使电磁波通过这一结构产生波束会聚，实现了偶极子的高定向性。但是鲜有研究人员研究具有介电常数近零的合成材料。石墨烯具有优异的电子传输性能，较大的比表面积、优异的导电性、良好的机械性能等特性，特别是具有良好的透光性和独特的量子霍尔效应，都可以为聚烯烃弹性体基体提供电子传输的途径。研究显示，通过适当的正介电常数、负介电常数可以实现等效介电常数近零，从而得到零折射率材料。然而，当前通过合成手段还难以实现接近零的介电常数材料。

因此采用有效方法实现石墨烯/聚烯烃弹性体微球的近零介电常数，对于其在人工电磁材料领域的应用具有重要意义。中国专利CN105504453A公开了一种高热氧稳定性的聚烯烃复合绝缘材料及其制备方法。聚烯烃复合绝缘材料以质量分数 100％计，包括98～99.5％的聚烯烃聚合物基体和0.5～2％的改性氧化石墨烯填料。其中改性氧化石墨烯为聚多巴胺包覆的抗氧剂功能化的氧化石墨烯，通过接枝的抗氧剂可提高复合材料的热氧稳定性，而氧化石墨烯可起到抑制抗氧剂迁移的作用。采用的改性氧化石墨烯既可增强聚合物基体与填料之间的界面结合力，还可防止氧化石墨烯在复合绝缘材料制备过程中被深度还原，使复合材料保持良好的绝缘性能。

上述专利将聚多巴胺包覆于已表面接枝了抗氧剂的二维氧化石墨烯表面，而后将此功能化的二维氧化石墨烯纳米片做填料与聚烯烃基体热压成型，其中的氧化石墨烯与基体的质量相差较大，填料在基体中的分散性较难保证均一，而功能化的二维片层易弯曲、折叠，因此填充结构容易团聚、堆积形式很难相同。上述专利的介电常数在低频时全为正。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种具有近零介电常数的石墨烯/聚烯烃弹性体微球的制备方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种有近零介电常数的石墨烯/聚烯烃弹性体微球的制备方法，具体步骤如下：

(1)制备分散液A：量取10-150ml浓硫酸，0.5-1.5g石墨和0.2-0.75g硝酸钠，置于冰浴环境中，磁力搅拌至分散均匀后缓慢加入1.0-4.5g高锰酸钾。接着将混合物在25-55℃水浴继续保持磁力搅拌，同时再缓慢加入1.0-4.5g高锰酸钾，控制反应温度为25-35℃；将反应混合物倒入装有20-200毫升冰水的烧杯中，边搅拌边滴加30％的双氧水，趁热过滤，先后用稀盐酸溶液和去离子水清洗至中性，8000r/min 转速下离心10-50min后，在10-70KHz频率下超声分散10-30min；称取0.1-1g上述溶液干燥研细后的粉末加入到烧杯中并加入100-500ml去离子水，在10-70KHz 频率下二次超声处理0.5-2h，以3000-8000r/min转速离心半小时后取上层清液；