[发明专利]一种用于电磁波屏蔽的氧化石墨烯-高熵合金纳米复合材料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种用于电磁波屏蔽的氧化石墨烯‑高熵合金纳米复合材料及其制备方法和应用，本发明通过将氧化石墨烯超声分散于水或乙二胺，加入氯化铜、氯化锌、氯化铁、氯化镍、氯化钴和还原剂溶解后，进行水热反应获得氧化石墨烯‑高熵合金纳米复合材料。本发明用废弃有机高分子膜材炭为原料，避免了以石墨为原料制备石墨烯需要使用的浓酸、浓碱和强氧化剂对生产设备的腐蚀；同时利用高熵合金不易被氧化、耐高温、耐摩擦等优点，在氧化石墨烯的介电损耗与高熵合金(CuCoNiFeZn)的磁损耗的协同作用下使反射损耗增加，同时增加了比单元金属更好的抗氧化性，使得本发明的氧化石墨烯‑高熵合金纳米复合材料在5‑18GHz波段增加了屏蔽效应、抗氧化性和稳定性。

技术领域

本发明涉及电磁波屏蔽材料技术领域，具体涉及一种用于电磁波屏蔽的氧化石墨烯-高熵合金纳米复合材料及其制备方法和应用。

背景技术

碳纤维和碳纳米管是近年来研究较多的电磁波吸收碳材料，但也存在表面化学反应惰性，制备工艺难度大及掺杂改性后力学性能与吸收电磁波性能差的问题。

相比于上述材料，石墨烯因密度低、比表面积大和具有高的电导率和热稳定性的优点，使其成为新型电磁波吸收材料。目前，单纯氧化还原石墨烯以介电损耗为主，氧化石墨烯保留了2D的碳骨架层，并在边缘连接有羟基(OH)、环氧基(COC)、羰基(C＝O)和羧基(COOH)等含氧官能团。氧化石墨烯在水溶液或有机溶液中有非常好的分散性，且易与其它物质发生化学反应，能通过与纳米金属粒子、铁氧体或导电聚合物等发生还原反应或引入缺陷改变带隙结构，进而提高电子、离子、分子或界面极化强度，增强介电损耗或磁损耗，从而实现材料对不同频率电磁波的损耗。

鉴于新型微波吸收材料应具备“轻、薄、宽、强”特性，利用氧化石墨烯优异的反应还原性，与不同损耗机制(介电型损耗和磁损耗)材料进行多元复合，实现对电磁波强反射损耗的发展要求。

纳米金属及其二元合金具有良好的吸波性，具有宽频带和兼容性好等特点。根据能带理论，减小颗粒尺寸易形成不连续能级，分裂后的能级间隔处于微波能量范围内，从而产生新的吸波通道增强吸波性能。磁性金属微粉是一类非常重要的纳米金属电磁波吸收剂，但在使用中也存在易氧化、耐腐蚀能力差、密度较大和低频段吸收性能差等问题。因此，减小粒径，进行表面改性、掺杂或包覆是该类材料的重要发展方向。

通过掺杂Fe、Ni、Co等粒子能提高氧化石墨烯复合材料对电磁波的反射损耗能力。改变反应条件，Ni、Co粒子可以从密排六方晶体结构向面心立方晶体结构转变，密排六方结构Co/氧化石墨烯电磁波损耗能力优于立方面心晶体结构Co/氧化石墨稀。

将氧化石墨烯分别与吸波性能较好的镍(Ni)和钴(Co)在水溶液中进行超声混合来添加磁性粒子，再将氧化石墨烯还原成石墨烯制备获得复合材料。不同组分配比复合材料的吸波性能，当GO：Ni＝2：8和GO：Co＝3：7时，还原后得到氧化石墨烯/Ni和氧化石墨烯/Co的复合材料吸波效果最好，分别在7.4GHz时吸收达到-28.2dB以及8.6GHz时吸收达到-14.1dB。

采用原位还原法制备不同镍含量的还原氧化石墨烯/镍(RGO/Ni)复合材料：RGO/Ni(Ni：3.2wt％)和RGO/Ni(Ni：13.7wt％)并验证其吸波性能；结果表明，复合材料明显具有比单独任一组分更好的吸波性能，当吸收层厚度为2mm时，RGO/Ni(Ni：3.2wt％)、RGO/Ni(Ni：13.7wt/％)、纯石墨烯及纯镍纳米颗粒最低反射损耗分别为-15.2dB、-11.5dB、-6.11dB及-8.99dB。

但氧化石墨烯与单元金属或二元金属组装为复合物的电磁屏蔽材料，目前存在金属元素容易氧化，导致吸波材料的性能不稳定的问题。

发明内容