[发明专利]石墨烯复合纳米金属膜及其制备方法和应用

说明书

本发明提供了一种石墨烯复合纳米金属膜及其制备方法和应用。该石墨烯复合纳米金属膜由二维层状石墨烯纳米片负载包覆表面具有微孔结构的氧化铝空心球形成相互交错穿插的三维结构复合膜和三维蜂窝状石墨烯负载包覆表面具有微孔结构的氧化铝空心球形成相互交错穿插的三维结构复合膜，两者交替叠置复合而成。该石墨烯复合纳米金属膜的多层叠置结构设计，将低尺寸和中尺寸进行交替叠置组合起来，两者相互协同，使得该石墨烯复合纳米金属膜具有优异的综合性能，能够实现全波段的吸收，可弥补金属吸波剂高温使用时的缺陷，且抗氧化性能好，易实现阻抗匹配、吸波效果好且耐高温，可达到吸收频带宽、强吸收的功能。

技术领域

本发明涉及纳米材料制备技术领域，尤其涉及一种石墨烯复合纳米金属膜及其制备方法和应用。

背景技术

随着无线电和雷达系统的普及应用和快速发展，电磁波不断广泛地存在于日常生活及军事国防安全的各个领域中，由此，研发高性能的吸波材料在电磁辐射防护和军事隐身技术领域倍受关注。吸波材料要想显著减小电磁波对外辐射的强度，必须使入射波能最大限度地进入材料内部而不被界面反射(即满足阻抗匹配条件)，并将材料内部的电磁波能转换为热能或其他形式能量而被迅速消散/衰减(即损耗特性)。

在传统的吸波材料中，磁性金属因高磁导率、低成本、环保等优势被广泛采用，但在使用过程中，存在大的密度、易老化、窄频带等问题，无法满足当前对吸波材料“薄、宽、轻、强”的要求。新型碳材料(例如：石墨烯、碳纳米管等)因其优异的物理性能被广泛地应用于电磁波吸收与屏蔽领域。然而，碳材料存在无磁性且电导率高的缺陷，单独使用时存在阻抗匹配差、吸收强度弱和吸波频带窄等缺点。因此，将轻质的碳材料与磁性金属材料进行复合而得到的新型碳基磁性金属复合吸波材料逐渐成为研究热点。

新型碳基磁性金属复合吸波材料通过微观结构设计、多组分复合和纳米层级构建等策略可实现导电损耗、多重散射、界面极化以及磁损耗等多种损耗机制的协调作用，达到强度高、频带宽、厚度薄、稳定性好的吸波效果。

申请号为CN201610048384.3的发明专利公开了一种高取向石墨烯金属层层组装电磁屏蔽膜的制备方法。该方法通过超大片无碎片的氧化石墨烯制备氧化石墨烯凝胶膜，冷冻后，送入高温炉中进行3000℃高温热处理，获得高导热高导电超轻取向的石墨烯气凝胶膜；然后通过化学电镀将金属沉积到石墨烯气凝胶膜中石墨烯片层表面，得到以石墨烯膜为基底，石墨烯和金属层层堆叠的电磁屏蔽膜；将石墨烯气凝胶金属复合膜高压压制，得到石墨烯金属复合膜。但是，该电磁屏蔽膜的吸波性能并没有得到很大程度上的提升，且其制备工艺复杂，不适用于大规模推广。

申请号为CN201610427253.6的发明专利公开了一种磁性石墨烯复合薄膜的制备方法。该方法采用两步化学气相沉积法将碳纳米材料包裹纳米铁磁金属颗粒原位生长在碳纳米管与石墨烯复合薄膜的表面上。但是，该薄膜的吸波性能并没有得到很大程度上的提升，不能满足实际应用的需要。

申请号为CN201911154151.1的发明专利公开了一种纳米氧化铝孔与石墨烯多层吸波器件。该吸波器件为纳米氧化铝孔阵列、石墨烯、金属基板的多层结构，其中纳米氧化铝孔以六角形排布，纳米孔半径为r，相邻纳米孔的中心距离为a，纳米孔层厚度为d1，石墨烯层厚度为d2，金属基板厚度为d3。该结构可实现低反射、无透射的可见光、近红外波段高效宽带吸波。该器件可通过二次阳极氧化与化学气相沉积法制备，改变外加电压强度、加工时长可实现对纳米孔结构参数的调控，改变氢气流速可实现对石墨烯层厚度的调控。但是该吸波器件的适用范围受限，吸波功能也没有得到很大程度上的提升，不能满足实际应用的需要。

有鉴于此，有必要设计一种改进的碳基磁性金属复合吸波膜材料及其制备方法，以解决上述问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种石墨烯复合纳米金属膜及其制备方法和应用。