[发明专利]一种多功能吸波气凝胶及其制备方法

说明书

本发明公开了一种多功能吸波气凝胶及其制备方法，属于气凝胶材料制备技术领域。本发明的气凝胶包括石墨烯气凝胶主体和生长在石墨烯气凝胶主体内的桥联聚倍半硅氧烷气凝胶客体，所述桥联聚倍半硅氧烷气凝胶在多功能吸波气凝胶中的质量占比为90~96 wt%。本发明克服了石墨烯基气凝胶功能单一难以满足实际应用需求的问题，开发出高强高弹、隔热、疏水的石墨烯基气凝胶吸波材料。

技术领域

本发明属于气凝胶材料制备技术领域，具体涉及一种多功能吸波气凝胶及其制备方法。

背景技术

先进的多功能电磁波吸收材料因其在可穿戴电子设备和国防隐身技术方面的广泛应用而受到了极大的关注。与粉末形式的微/纳米吸波材料相比，以具有微纳米结构固体骨架和开孔的低密度块状为代表的气凝胶在轻质高效吸波材料，尤其是碳基和MXene基气凝胶显示出了巨大的潜力。

通常，气凝胶的电磁特性不仅取决于其成分，还取决于其内部孔隙结构。针对这两方面，大量研究致力于制备具有强吸附、宽带和低厚度等特点的高性能吸波气凝胶材料，主要侧重于整合具有优异固有介电/磁化损耗特性的成分，设计独特的多孔结构赋予多重内部反射和散射能力。然而，单一的电磁衰减功能难以满足复杂极端环境下的实际应用需求，例如在未来5G时代，可穿戴电子设备中非常需要柔性和可压缩的微波吸收器来屏蔽电磁波干扰和保护人类健康。具有疏水性和低导热性的微波吸收剂可作为外保护层覆盖建筑表面，具有自洁、隔热、消除电磁污染等多种功能，有利于节能环保。此外，结合红外和微波隐身的材料在民用和军用方面比单功能吸波材料具有更广阔的前景。因此多功能化是先进的吸波材料未来的发展方向。

石墨烯气凝胶，一种由二维氧化石墨烯纳米片组装而成的三维多孔网络结构，因具有轻质高弹，高比表面积，高孔体积以及良好的导电性能被广泛的应用在能源、催化、环境、电磁屏蔽/吸收等领域。目前，为实现新型吸波材料“薄、宽、轻、强”的综合性能，研究者主要通过杂原子掺杂或者引入第二相物质（介电材料，磁性材料等）来改善石墨烯气凝胶的吸波性能。然而，新型吸波材料除了具有自身优异的吸波特性之外，还需兼顾良好的机械强度、隔热、疏水等特性才能满足不同环境的应用需求，因此，隔热、疏水、高弹多功能石墨烯气凝胶吸波材料亟待开发出来。

发明内容

解决的技术问题：针对上述技术问题，本发明提供了一种多功能吸波气凝胶及其制备方法，克服了石墨烯基气凝胶功能单一难以满足实际应用需求的问题，开发出高强高弹、隔热、疏水的石墨烯基气凝胶吸波材料。

技术方案：一种多功能吸波气凝胶，包括石墨烯气凝胶主体和分散在石墨烯气凝胶主体内的桥联聚倍半硅氧烷气凝胶客体，所述桥联聚倍半硅氧烷气凝胶在多功能吸波气凝胶中质量占比为90~96 wt %。

优选的，所述多功能吸波气凝胶的密度为40~105mg/cm³，孔隙率为80~90%，接触角大于150°，对电磁波的吸收带宽为6~18GHz，反射损耗小于-10dB。

一种多功能吸波气凝胶的制备方法，包括步骤如下：

（1）石墨烯气凝胶主体结构的制备：将氧化石墨烯、还原剂分散在水中得到分散液，通过化学还原获得还原氧化石墨烯水凝胶，经过老化、冷冻干燥得到石墨烯气凝胶；

（2）石墨烯-桥联聚倍半硅氧烷主客体二元气凝胶的制备：将对苯二甲醛、氨基硅烷、有机硅氧烷、醋酸、乙醇和去离子水混合形成混合溶液，采用浸渍法将步骤（1）制得的石墨烯气凝胶主体浸没在混合溶液中，经过凝胶得到石墨烯-桥联聚倍半硅氧烷湿凝胶，再经过干燥获得石墨烯-桥联聚倍半硅氧烷气凝胶，即多功能吸波气凝胶。

优选的，所述步骤（1）中氧化石墨烯水溶液浓度为2~10mg/ml，还原剂为抗坏血酸、乙二胺或亚硫酸钠中的一种或多种，氧化石墨烯和还原剂的质量比为1：（1~5）。

优选的，所述步骤（1）中化学还原的反应温度为50~95℃，反应时间为1~12h。