[发明专利]一种聚合物与三维多孔石墨烯复合的超材料的制备方法

说明书

一种聚合物与三维多孔石墨烯复合的超材料的制备方法，它涉及一种聚合物基超材料的制备方法。本发明的目的是要解决现有聚合物基超材料不能通过化学合成法合成，制备成本高和制备的聚合物基超材料机械性能差的问题。方法：一、制备氧化石墨烯；二、制备混合溶液；三、干燥；四、退火处理；五、混合，梯度升温，得到聚合物与三维多孔石墨烯复合的超材料。本发明制备的聚合物与三维多孔石墨烯复合的超材料在频率为2赫兹时介电常数为‑128～‑50000。本发明可获得一种聚合物与三维多孔石墨烯复合的超材料。

技术领域

本发明涉及一种聚合物基超材料的制备方法。

背景技术

介电常数和磁导率是表征材料电磁属性的最为基本物理参量。常规材料的介电常数和磁导率均为正，但刚科学家通过构造周期性结构阵列，利用谐振获得负的电磁性能，其介电常数和磁导率均为负值或其中一个为负值时，材料将表现出许多新颖的电磁性能，如负折射效应等，这些独特的性能使得材料在隐身、通讯、微波吸收及无线电力传输等领域具有特殊应用前景，这种材料被称之为超材料，目前已经成为国际学术研究热点。但是通常构建阵列型超材料的性能与结构单元的尺寸及排列方式有关，其为不同于传统材料的人工电磁介质，设计加工成本高、精度差、且尺寸难于微纳米化，应用频段特定，因此限制了其具体的应用，该材料多数停留在学术研究范畴，通过化学法可控合成超材料一直为该领域学者的梦想。

关于单独负介电常数的超材料，目前已有学者通过绝缘基体与金属等高导电材料复合构建逾渗网络来实现。但为了构建逾渗网络需大量添加金属等导电材料，这将使复合材料的拉伸强度与断裂伸长率，超过50％以上的降低，严重损害了复合材料的力学性能。

发明内容

本发明的目的是要解决现有聚合物基超材料不能通过化学合成法合成，制备成本高和制备的聚合物基超材料机械性能差的问题，而提供聚合物与三维多孔石墨烯复合的超材料。

一种聚合物与三维多孔石墨烯复合的超材料的制备方法，是按以下步骤完成的：

一、制备氧化石墨烯：

①、将天然石墨和高锰酸钾加入到质量分数为98％的硫酸中，再在冰浴和搅拌速度为300r/min～400r/min下搅拌1h～2h，得到混合物A；

步骤一①中所述的天然石墨和高锰酸钾的质量比为1:5；

步骤一①中所述的天然石墨的质量与质量分数为98％的硫酸的体积比为1g：60mL～100mL；

②、将混合物A加热至35℃，再在温度为35℃下保温1h，再向混合物A中加入去离子水，再将加入去离子水的混合物升温至90℃～95℃，再在温度为90℃～95℃下保温 30min～35min，得到混合物B；

步骤一②中所述的混合物A与去离子水的体积比为1:1；

③、将混合物B自然冷却至室温，再将质量分数为35％的H₂O₂溶液加入到混合物B中，室温下在搅拌速度为100r/min～300r/min下反应10min，得到氧化石墨烯水溶液；将氧化石墨烯水溶液在3000r/min～3500r/min的离心速度下进行离心分离，取离心后的上层清液；再将离心分离后得到的上层清液在8000r/min～8500r/min的离心速度下再次进行离心分离，取离心分离后的沉淀物质，再在温度为60℃～80℃下进行干燥1h～3h，得到氧化石墨烯；

步骤一①中所述的天然石墨的质量与步骤一③中所述的质量分数为35％的H₂O₂溶液的体积比为1g:(5mL～6mL)；

二、制备混合溶液：

①、将步骤一③得到的氧化石墨烯溶解到水中，得到氧化石墨烯溶液；

步骤二①中所述的氧化石墨烯溶液的浓度为5g/L～15g/L；