[发明专利]三维石墨烯吸波材料的制备方法及应用

说明书

本发明提供一种三维石墨烯吸波材料的制备方法，包括以下步骤：S1制备氧化石墨烯水溶液；S2制备聚合物微球/碳的前驱体；S3将还原助剂加入到氧化石墨烯水溶液中得到混合液，然后向混合液中加入前驱体，混合得到反应液,然后再由该反应液制备得到包覆了前驱体的三维石墨烯水凝胶；S4将三维石墨烯水凝胶浸入有机溶剂中浸泡，除去三维石墨烯水凝胶中的聚合物微球，得到多孔三维石墨烯水凝胶；S5将多孔三维石墨烯水凝胶进行清洗干燥；S6将S5中制备的三维石墨烯材料在惰性气氛中烧蚀得到多孔三维石墨烯吸波材料。本发明中的三维石墨烯吸波材料孔径大小、体积可实现自由可控，通过控制吸波材料的孔径大小和体积，可实现对不同电磁波吸收的自由设计。

【技术领域】

本发明涉及电磁波吸收材料领域，尤其涉及一种三维石墨烯吸波材料的制备方法及应用。

【背景技术】

三维石墨烯为轻质多孔结构，有望替代传统的吸波材料，解决目前航空航天、电子设备等用吸波材料密度高、厚度大等难题。三维石墨烯对电磁波的吸收，一方面与其本身碳质材料有关；另一方面源于其多孔结构对电磁波产生反射、散射及干涉作用而吸收电磁波，其中孔径大小及分布对电磁波的吸收具有较大影响。但现有技术制备三维石墨烯时存在孔径大小不易控制、孔径分布不均的问题，因此导致三维石墨烯材料的电磁波吸收性能不理想。

【发明内容】

为解决上述技术问题，本发明提供一种三维石墨烯吸波材料的制备方法，包括以下步骤：S1制备氧化石墨烯水溶液；S2制备聚合物微球/碳的前驱体；S3将还原助剂加入到氧化石墨烯水溶液中得到混合液，然后向混合液中加入前驱体，混合得到反应液,再由该反应液制备得到包覆了前驱体的三维石墨烯水凝胶；S4将三维石墨烯水凝胶浸入有机溶剂中浸泡，除去三维石墨烯水凝胶中的聚合物微球，得到多孔三维石墨烯水凝胶；S5将多孔三维石墨烯水凝胶进行清洗和干燥；S6将S5中制备的三维石墨烯材料在惰性气氛中烧蚀得到多孔三维石墨烯吸波材料。本发明中的三维石墨烯吸波材料孔径大小、体积可实现自由可控，通过控制吸波材料的孔径大小和体积，可实现对不同电磁波吸收的自由设计。

在本发明的一些实施例中，所述聚合物微球粒径在0.8mm-6mm之间。

在本发明的一些实施例中，所述聚合物微球包括聚苯乙烯微球、聚甲基丙烯酸甲酯微球中的一种或多种。

在本发明的一些实施例中，所述前驱体的制备步骤包括：(1)将聚合物微球分散于水溶液中，得到悬浊溶液；(2)将有机碳源加入上述分散有聚合物微球的溶液中；(3)在30℃-60℃使步骤(2)中得到的溶液自组装反应14h-72h；(4)向反应后的溶液中加入强氧化性酸使有机碳源碳化；(5)经过滤、清洗及干燥后即得到聚合物微球/碳的前驱体。

在本发明的一些实施例中，所述有机碳源包括葡萄糖、蔗糖、果糖、乳糖、麦芽糖、淀粉或纤维素中的一种或多种。

在本发明的一些实施例中，按质量分数计，所述有机碳源：聚合物微球：强氧化性酸为1:(5-10):(0.2-0.5)。

在本发明的一些实施例中，所述氧化石墨烯水溶液与还原助剂的质量比为1:(2-5)，所述前驱体与混合液的质量比为1：(20-60)，所述氧化石墨烯水溶液的浓度为1mg/ml-10mg/ml。

在本发明的一些实施例中，所述S5中的干燥为冷冻干燥，冷冻温度为-40℃--20℃，冷冻时间为10h-24h；冷冻结束后采用3-6℃/min的升温速度，升温至40℃-60℃，干燥时间24h-72h。

本发明还公开一种由上述或下述制备方法得到的三维石墨烯吸波材料在电磁波吸收、隐身方面的应用，尤其适用于对x和ku波段的电磁波的吸收。