[发明专利]具有超材料性能石墨稀泡沫/环氧树脂复合材料制备方法

说明书

本发明涉及具有超材料性能石墨稀泡沫/环氧树脂复合材料制备方法，将浓硫酸、天然石墨粉、硝酸钠、高锰酸钾混合，加入去离子水，滴加双氧水，过滤清洗，真空冷冻干燥得到氧化石墨，然后溶于去离子水中，加入氨水后分散处理，加热处理得到石墨烯水凝胶，冷冻干燥得到石墨烯泡沫，在保护气体下进行高温还原处理；将环氧树脂、环氧固化剂、环氧稀释剂混合均匀；将还原后的石墨烯泡沫浸渍在上述混合溶液中，取出后固化得到石墨稀泡沫/环氧树脂复合材料。本发明制备的复合材料的介电常数在1MHz～1GHz内为负值，磁导率为正值，具有超材料的性能，有利于实现高分子复合材料在单负特性的超材料具有更广范的应用。

技术领域

本发明涉及一种超材料性能的复合材料的制备方法，尤其是涉及一种具有超材料性能的石墨稀泡沫/环氧树脂复合材料的制备方法。

背景技术

石墨烯是一种富勒烯和碳纳米管的同素异形体的二维纳米材料，液相中均匀分散的氧化石墨稀片层在一定的条件下经诱导组装得到水凝胶后，经冷冻干燥或者超临界干燥生成石墨稀气凝胶。由于其微观结构呈现出“蜂窝状”的多孔形貌，加之其具有比表面积大、孔隙率高、密度低、热导率低等特点，所以石墨烯泡沫具有密度小、比表面积大、导电性好等优良特性。为了克服其在外力作用下坍塌或严重的不可逆形变的缺陷，我们通过找到粘度较低的聚合物或者用合适的稀释剂将聚合物稀释，保证聚合物进入泡沫结构中时有好的流动性，在保证结构的完整性的同时能将泡沫结构尽可能填充完整。结合石墨烯和聚合物两者的优点，在电磁超材料和声学超材料领域都有着不可预估的潜力与探索意义。

中国专利CN106684571A公开了一种负载石墨烯超材料单元的Miura-Ori折纸结构电磁隐身板，本发明的电磁隐身板，制备方法为：将基板浸入对苯二酚与氧化石墨烯混合液中，密封加热处理，使基板上附着吸波介质；取出清洗后，冷冻处理再干燥，得到石墨烯织布；石墨烯织布浸入环氧树脂前驱体溶液中浸渍后，铺平加热固化，得到电磁隐身板；将电磁隐身板按照Miura-Ori折纸方法加工折痕，使电磁隐身板沿折痕伸缩变形；并在将电磁隐身板上板面粘固上述超材料单元。该专利使用的是浸渍氧化石墨烯的方法，容易造成石墨烯堆叠团聚等缺点，难以将石墨烯单位面积电导率高的优势发挥出来，存在一定局限性。

发明内容

本发明的目的就是为了解决现有方法无法合成具有负介电常数和负磁导率的高分子材料的问题，而提供的一种具有超材料性能的石墨烯泡沫/环氧树脂复合材料的制备方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

具有超材料性能石墨稀泡沫/环氧树脂复合材料制备方法，包括：

将氧化石墨溶于去离子水中，加入氨水后分散处理，然后加热处理得到石墨烯水凝胶，冷冻干燥得到石墨烯泡沫；

将石墨烯泡沫在保护气体下进行高温还原处理；

将环氧树脂、环氧固化剂、环氧稀释剂混合均匀；

将还原后的石墨烯泡沫浸渍在上述混合溶液中，取出后固化得到石墨稀泡沫/ 环氧树脂复合材料。

氧化石墨溶于去离子水后配制得到浓度为1mg/ml-15mg/ml的溶液，配制时还能够加入多壁碳纳米管、酸化碳纳米管、聚吡咯颗粒或聚苯胺颗粒中的一种或几种。

加入氨水调节pH值为10-12。

热处理时控制温度为150-240℃，时间为8-24h。

所述保护气体可以为氮气或惰性气体中任意一种。

高温还原处理的温度为700-1200℃，时间为1-4h。

所述环氧树脂包括但不限于双酚A型环氧树脂、酚醛型环氧树脂及其他改性环氧树脂。

所述环氧固化剂包括但不限于脂肪胺类固化剂、芳香胺类固化剂、聚酰胺固化剂等。