[发明专利]一种还原氧化石墨烯和纳米氧化铈复合的微波吸收材料及制备方法

说明书

技术领域

本发明属于功能材料技术领域，具体涉及一种微波吸收材料及制备方法。

背景技术

随着军事隐身技术以及民用抗电磁干扰技术的发展，微波吸收材料（简称吸波材料）已成为研究热点，该类材料逐渐成为应用功能材料的一个重要分支。吸波材料是指能吸收、衰减入射的电磁波，并将其电磁能转换成热能或其它形式的能量而耗散掉，或使电磁波因干涉而消失的一类材料。

传统吸波材料，例如铁氧体、石墨、陶瓷类材料的主要缺点是密度大、吸收频带窄以及吸收强度不够等，因而不能满足吸波材料“薄、轻、宽、强”的要求。近年来，纳米复合材料在微波吸收方面的应用已成为研究热点，纳米材料所特有的量子尺寸效应、宏观量子隧道效应以及界面效应改变了材料的电、磁等物理性质，在具有良好的吸波性能的同时，兼备了宽频带、兼容性好、质量轻、厚度薄等特点,是一种极有发展前途的隐身材料。

碳系材料一直广泛应用于电磁屏蔽与吸波材料领域。作为新型碳材料的代表，石墨烯自出现以来,其独特的力学、电学、光学及磁学性能一直是功能材料领域关注的热点。石墨烯具有的特殊二维片状单层碳原子蜂窝结构赋予了其高比表面积、高电子迁移率以及高力学强度等优点。与传统材料相比，石墨烯复合材料可以较容易地满足阻抗匹配的特点，达到吸波材料对“薄、轻、宽、强”的要求。

氧化铈（CeO₂）是一种工业应用上最广泛的稀土金属氧化物，其分子式为CeO₂，分子量为172.12，在自然界中以萤石型结构存在。CeO₂纳米材料在发光器件、汽车尾气净化催化、固体氧化物燃料电池电解质以及新型抗紫外吸收方面具有重要的工业应用。

在CeO₂晶体内部，由于氧缺陷的存在，Ce离子通常存在中间价态，即Ce⁴⁺与Ce³⁺，在一定条件下，Ce⁴⁺与Ce³⁺极易发生相互转换，从而使得CeO₂内部形成大量的氧空位，因此，萤石型CeO₂具有极强的储放氧能力。氧化铈的众多工业应用一直以来都得益于其特殊的氧空位效应。

晶体内部大量的氧空位缺陷，伴随着高浓度的+3价铈离子，会提高CeO₂的电导性能，在外界电磁波影响下会产生传导损耗，衰减电磁波；同时，氧空位的形成在晶格中产生大量自由电子，会加剧电荷极化，也会增强其微波吸收性能。

制备石墨烯基氧化铈纳米复合材料，发挥石墨烯的优良载体作用以及CeO₂特殊的氧空位效应，可以提高CeO₂纳米复合材料的微波吸收性能。

发明内容

为了拓展稀土氧化物纳米材料在微波吸收领域的应用，本发明提供一种还原氧化石墨烯（RGO）和纳米氧化铈（CeO₂）复合的微波吸收材料及制备方法。

一种还原氧化石墨烯和纳米氧化铈复合的微波吸收材料以改进的Hummers法制备氧化石墨，将氧化石墨烯溶液与六水合硝酸铈按质量比1:25混合，调节pH值为10，采用一步水热法，在生成纳米氧化铈的同时将氧化石墨烯还原，制得还原氧化石墨烯和纳米氧化铈的复合微波吸收材料；

所述复合的微波吸收材料的特点是：还原氧化石墨鳞片的表面上均匀负载着纳米氧化铈颗粒，相邻的鳞片之间相互分离，呈层状夹芯结构，有助于微波吸收性能的提高；

所述纳米氧化铈（CeO₂）的纳米颗粒平均尺寸为15nm，具有突出的量子尺寸效应以及优异的氧空位效应；

所述复合的微波吸收材料中还原氧化石墨烯（RGO）和纳米氧化铈（CeO₂）的重量比为1:10；

当复合的微波吸收材料为厚度1.5～2.0mm的涂层时，在频率为4.3～17GHz处的反射损耗为-32～-10dB；电磁波吸收达90%以上。

具体制备还原氧化石墨烯和纳米氧化铈复合的微波吸收材料的操作步骤如下：

（1）氧化石墨的制备