[發(fā)明專利]立方相鈷/石墨烯復(fù)合材料、制備方法和吸波性能

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410307333.9
• 申請(qǐng)日: 2014-06-30
• 公開（公告）號(hào): CN104084575A
• 公開（公告）日: 2014-10-08
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 馬淑蘭;潘國華;孫根班;馬騰
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京師范大學(xué);北京師大科技園科技發(fā)展有限責(zé)任公司
• 主分類號(hào): B22F1/00
• 分類號(hào): B22F1/00;B22F9/24;B82Y30/00;B82Y40/00;H05K9/00;C30B29/52;C30B29/60
• 代理公司: 北京柏杉松知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11413
• 代理人: 王春偉;劉繼富

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及立方相鈷/石墨烯復(fù)合材料、其制備方法和吸波性能。

背景技術(shù)

近年來，隨著科技的發(fā)展，人們?nèi)找骊P(guān)注電磁輻射對(duì)人體健康的影響。相當(dāng)多的理論和實(shí)驗(yàn)研究都集中于設(shè)計(jì)和制造有效的電磁波吸收材料，因?yàn)檫@些材料在商業(yè)、工業(yè)和軍事等各方面的電子設(shè)備中具有廣闊的應(yīng)用前景。基于電磁吸收的隱身技術(shù)的巨大進(jìn)步，使得對(duì)材料也有更高的要求。厚度薄、質(zhì)量輕、高反射損耗、寬頻帶吸收是必須的，而影響吸波材料這些性能的關(guān)鍵因素是其復(fù)介電常數(shù)和磁導(dǎo)率。因此，在微波吸收材料的研究和應(yīng)用上，磁性能和電性質(zhì)良好的納米材料仍然發(fā)揮主導(dǎo)作用。

眾所周知，鈷是典型的軟金屬磁性材料，并顯示出大的磁各向異性，因此小尺寸的鈷納米晶具有較強(qiáng)的電磁性能。然而，一旦暴露在空氣中，鈷納米團(tuán)簇很容易團(tuán)聚和氧化。這樣很容易生成反鐵磁性的鈷氧化物，這降低其電磁性能。因此，為了分散和保存納米鈷的天然結(jié)構(gòu)，尋找不透氧的客體材料成為發(fā)展其潛在應(yīng)用的先決條件。為了滿足這些要求，保護(hù)鈷納米粒子的各種設(shè)計(jì)已經(jīng)取得了顯著的進(jìn)展，包括利用不同結(jié)構(gòu)的碳材料、高分子材料、沸石結(jié)構(gòu)的材料等等。石墨烯因?yàn)榫哂写蟮谋砻娣e、質(zhì)量輕、極好的導(dǎo)電性、柔韌性和耐腐蝕性而成為完美基底，支持活性納米粒子作為功能材料實(shí)現(xiàn)應(yīng)用。

自從2004年Geim課題組成功報(bào)道了石墨烯，石墨烯基磁性納米復(fù)合材料得到了很好的研究，包括Mn₃O₄、MoS₂、Fe₃O₄、FePt、Ni(OH)₂和Ge納米結(jié)構(gòu)等。然而據(jù)我們所知，除了幾篇對(duì)六方緊密堆積鈷的報(bào)道，生長(zhǎng)在石墨烯上的面心立方鈷納米晶卻鮮有報(bào)道。由于納米結(jié)構(gòu)的鈷優(yōu)異的磁性能，因此合成生長(zhǎng)在石墨烯上不同相和尺寸的鈷納米結(jié)構(gòu)來作為吸波材料引起了人們巨大的興趣。此外，對(duì)吸波材料來說，石墨烯由于上述的各種性能成為復(fù)合材料的至關(guān)重要的組成部分。與聚合物基底相比，石墨烯基復(fù)合材料更具有吸引力。而且，與其它的碳復(fù)合材料相比，比如富勒烯、炭黑、碳納米管，石墨烯納米片具有良好的分散性，保護(hù)金屬納米晶，提供高效的單方向的導(dǎo)電性，這些都有利于得到良好的介電性能。目前大多的吸波材料往往表現(xiàn)出在高頻(12-18GHz)有吸收，而制備出在低頻(1-6GHz)和中頻(6-12GHz)有吸收的材料仍是一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)。因此，研究在1-18GHz特別是在低頻和中頻有吸收的材料，并明確微觀結(jié)構(gòu)和電磁性能的關(guān)系尤為重要。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)以上缺點(diǎn)，根據(jù)納米結(jié)構(gòu)的粒子不穩(wěn)定、特別是活潑金屬粒子特別容易被氧化的特點(diǎn)，本發(fā)明利用石墨烯，采用簡(jiǎn)便、快速、還原效果好的熱分解法來制備具有良好吸波性能的立方相鈷納米簇/石墨烯(GN)復(fù)合材料，所述方法具有原材料易得和成本低的優(yōu)點(diǎn)。

因此，本發(fā)明的一個(gè)目的在于提出一種立方相鈷/石墨烯復(fù)合材料，其中金屬鈷為立方面心結(jié)構(gòu)，石墨烯為片狀結(jié)構(gòu)，所述復(fù)合材料為單晶結(jié)構(gòu)，并且其中C:Co摩爾比為～3:2。

所述復(fù)合材料可以在1-18Gz的頻率范圍內(nèi)有吸收，特別地，在1-6GHz的低頻范圍內(nèi)有吸收，或者在12-18GHz的中頻范圍內(nèi)有吸收。

所述復(fù)合材料的厚度可以為1-5mm，特別地，所述復(fù)合材料的厚度為3mm，或者所述復(fù)合材料的厚度為4mm。

本發(fā)明的另一目的在于提出一種制備上述復(fù)合材料的方法，所述方法可以包括制備氧化石墨的步驟和熱分解還原步驟，其中在所述熱分解還原步驟中，將所制備的氧化石墨加入油胺中并超聲分散以得到棕色溶液，然后加入乙酰丙酮鈷和十八胺并升高溫度進(jìn)行反應(yīng)，在反應(yīng)停止后添加乙醇使反應(yīng)猝停，使反應(yīng)體系的溫度迅速降低至室溫，最后通過離心的方式分離出反應(yīng)產(chǎn)物。

在所述方法中，采用改進(jìn)的Hummers方法制備氧化石墨以作為制備所述復(fù)合材料的原料。

在所述方法中，所述升高溫度包括將反應(yīng)體系加熱至120℃并在此溫度維持30分鐘，然后升高溫度到260至290℃，并在此溫度維持2個(gè)小時(shí)。

優(yōu)選地，所述熱分解還原步驟在惰性氣氛中進(jìn)行，并且所述惰性氣氛優(yōu)選為氬氣。

本發(fā)明的又一目的在于上述復(fù)合材料作為吸波材料的用途。

附圖說明

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方案進(jìn)行舉例說明。在附圖中：

圖1為本發(fā)明中用到的石墨(a)、制備的氧化石墨GO(b)、石墨烯GN(c)和c-Co/GN(d)的XRD圖；