[发明专利]一种具备导热和吸波一体化功能的石墨烯/Fe/Fe3O4复合材料及其制备方法

说明书

本发明公开一种具备导热和吸波一体化功能的石墨烯/Fe/Fe₃O₄复合材料，该材料通过石墨烯与Fe和Fe₃O₄复合，成膜后内部结构稳定，比表面积大，导热‑吸波协同增强；本发明还公开了该复合材料的制备方法，包括以下步骤：步骤一、原料各组分混合后超声得均匀分散的体系；步骤二、将所述质量份数的石墨粉末均匀分散在超声的作用下剥离为石墨烯；步骤三、去除部分N‑甲基吡咯烷酮得粘度适宜材料浆料；真空低温干燥得目标复合材料；该材料通过石墨烯与Fe和Fe₃O₄复合，成膜后内部结构稳定，比表面积大，导热‑吸波协同增强。

技术领域

本发明涉及导热吸波材料技术领域，特别是涉及一种具备导热和吸波一体化功能的石墨烯/Fe/Fe₃O₄复合材料及其制备方法。

背景技术

导热-吸波一体化材料既能传导热又能有效吸收、衰减入射的电磁波能量，在武器隐身、人体和电子产品防护等领域发挥着巨大的作用。导热-吸波一体化材料在国外己经应用，但国内主要单独研究和使用导热材料与吸波材料，有关导热-吸波一体化材料的研究起步晚，主要依赖进口，已有的导热吸波一体化材料少且性能较差。如，邵波等研究了钡铁氧体/石墨烯导热吸波复合材料导热吸波性能，当钡铁氧体/石墨烯为2:1时，质量分数为75％，厚度为2mm复合材料的最大吸收为-26dB，小于-10dB的频带宽仅为0.9GHz，导热系数为2.1W/m·K。 Bai等报道了2mm厚的羟基化氮化硼@Fe₃O₄复合物，在8.64GHz的最大吸收为-45.31dB，小于-10dB的有效带宽为2.5GHz，导热系数为1.75W/m·K。He 等[3]将酚醛树脂作为碳源引入AlN陶瓷基体，通过热解、干燥压制和无压烧结，原位开发纳米碳AlN复合材料，其最小反射系数约-30dB，小于-10dB有效带宽为约2GHz，高热导率约135.1W/mK。由于导热和吸波性能相互牵制，难以同时提高，因此现有的导热-吸波一体化材料的导热和吸波性能仍不理想(厚度≥2mm，带宽≤3GHz，面密度≥2.5g·cm^-3，热导率≤2W/mK(对于有机基底的导热吸波复合材料，在满足吸波性能条件下))。

虽然选择高热导率材料、设计低维结构的填料粒子、提高填充比、表面与界面修饰等措施能改善导热性能，但抑制了吸波性能的提高。根据魏德曼-弗朗兹定律，当温度一定时，金属的热导率与电导率的比值一定。显然增大电导率有利于导热，但不利于改善阻抗匹配特性。增加填料的填充比能改善导热性能和微波衰减能力，但增大吸波材料的重量，降低了阻抗匹配特性。在聚合物与填料界面产生的声子散射会降低材料的导热性能。因此，在相同填充比下，填料粒径越大，数目越少，比表面积和二相界面减小，导致声子散射减小，热导率增大，但比表面积减小导致界面极化和介电损耗减小，不利于微波吸收。同时，声子对界面缺陷非常敏感，通常对填料表面修饰，改善填料和聚合物基体的相容性，使填料与基体很好地混合，能提高两者结合力抑制界面声子散射。但表面修饰可以改善匹配特性，但降低了介电常数，使填充比增大。因此当前导热吸波一体化材料存在的主要问题是导热和吸波性能相互牵制，难以同时兼顾。能否找到“导热-吸波协同增强”机制以及优异的导热-吸波一体化材料体系是迫在眉睫的事情。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具备导热和吸波一体化功能的石墨烯/Fe/Fe₃O₄复合材料，该材料通过石墨烯与Fe和Fe₃O₄复合，成膜后内部结构稳定，比表面积大，导热-吸波协同增强。

为解决此技术问题，本发明的技术方案是：一种具备导热和吸波一体化功能的石墨烯/Fe/Fe₃O₄复合材料，包括负载于石墨烯层间的Fe纳米颗粒和Fe₃O₄纳米颗粒。