[发明专利]一种石墨烯复合气凝胶吸波材料的制备方法及其应用

说明书

本发明公开了一种石墨烯复合气凝胶吸波材料的制备方法及其应用，该材料是由还原的氧化石墨烯、聚合物A、包覆聚合物B的磁性纳米颗粒一步还原自组装反应获得的；该吸波材料密度低，吸收强度高，有效吸收带宽，在X波段表现出优异的吸波性能。本发明中，石墨烯含量较低，成本低廉，在飞行器的隐身、雷达和通讯设备的电磁屏蔽、电磁安全防护领域具有广阔的应用潜力和市场前景。

技术领域

本发明涉及一种石墨烯复合气凝胶吸波材料的制备方法及其应用，属于电磁波吸收材料制备领域。

技术背景

21世纪信息时代的高速发展，各种电子、电器设备层出不穷，为人们日常生活以及社会基础建设提供了极大的助力。但受限于当前科技水平，伴随纷繁复杂的设备工作不可避免产生的电磁辐射与干扰问题又影响着人们生活环境。过量无序的电磁辐射将会对设备和人体造成伤害，形成电磁波污染。这种不易察觉的环境污染带来了一系列的社会问题，它不仅影响通讯，甚至直接威胁到人类的健康。在电磁保护领域，吸波材料不仅民用范围越来越广泛，并且在军事领域也有着极为特殊的重要地位。越来越多的国家争相投入巨大的精力开展研究并制定了相应的标准。因此，开发性能优异的电磁波屏蔽或者吸收材料以降低电磁波污染的危害，具有十分迫切的科学意义和应用需要。

传统型吸波材料大多为单纯的铁氧体、钛酸钡、金属微粉、石墨、碳化硅、导电纤维等，它们通常都具有吸收频带窄、较高的填充比例和工艺复杂等弊端，严重制约着其应用范围。所以对新型吸波材料提出了“层薄、质轻、频宽、吸收强”的要求，希望材料具备多频段、耐候性强、抗冲击，结构功能一体化等新的吸波特点。因此，新型综合性能优异的吸波材料逐渐呈现出纳米化和结构复合化发展趋势。

石墨烯作具有优异的电损耗特性以及超低的密度，但是单纯的二维石墨烯材料在基体中的分散性差，并且石墨烯较高的导电性使得其介电损耗过高，导致界面阻抗的不匹配，电磁波较难深入材料内部被损耗掉。除此之外，单一的介电损耗机制使得材料的有效频宽难以得到扩展。因此，高质量的石墨烯大多数情况下作为一种电磁屏蔽材料而非电磁吸波材料得到关注。

发明内容

针对上述问题，本发明提供一种新型的石墨烯复合气凝胶吸波材料的制备方法及其应用，该复合材料质量轻、吸收强、频带宽，并且在X波段表现出优良的吸波性能。不仅可以以粉体的方式实施应用，也可以泡沫填充结构材料方式直接应用。

本发明通过以下技术方案实现：

一种石墨烯复合气凝胶吸波材料的制备方法，其具体如下：

将复合组元(聚合物A溶液或包覆聚合物B的磁性纳米粒子中的至少一种)通过搅拌或超声的方式分散在氧化石墨烯水分散液中，然后加入还原剂，80-200℃密闭反应2-36h(优选90-180℃密闭反应6-12h)，得到块状复合水凝胶，干燥后即获得所述石墨烯复合气凝胶吸波材料，该材料具有三维联通的网络结构；

其中，所述干燥是指冷冻干燥或真空干燥，冷冻干燥优选-50℃，20Pa干燥48h，真空干燥优选常温真空干燥48h；

进一步，本发明所使用的氧化石墨烯是通过改进的Hummers法制备的，具体参见文献(C Daniela,D V K Marcano,J M Berlin et al.ACS Nano,2010,4:4806-4814)中公开的制备方法，所制备的氧化石墨烯水分散液的浓度为1.0-10mg/mL，优选2-4mg/mL；

本发明所使用的还原剂为水合肼、乙二胺、抗坏血酸、对苯二胺或碘化氢中的一种；

本发明中，复合组元为聚合物A和包覆聚合物B的磁性纳米颗粒中的至少一种；所述聚合物A为水溶性聚合物，优选聚马来酸酐、聚酰胺酸盐、聚乙烯醇、聚乙二醇、酚醛树脂、聚丙烯酰胺、聚丙烯酸或聚乙烯吡咯烷酮中的一种；聚合物A的水溶液浓度优选5％-20wt％；其中，聚酰胺酸盐优选为聚酰胺酸三乙胺盐。