[發(fā)明專利]六方相鈷/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>: 201410307349.X
• 申請(qǐng)日: 2014-06-30
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN104084576A
• 公開(kāi)（公告）日: 2014-10-08
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 孫根班;潘國(guó)華;馬淑蘭;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)明涉及六方相鈷/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(lái)，人們對(duì)磁性納米粒子產(chǎn)生巨大的興趣，因?yàn)榕c磁性納米粒子有關(guān)的科學(xué)研究領(lǐng)域非常廣泛，包括磁流體、催化、生物技術(shù)/生物醫(yī)學(xué)、磁共振成像、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和環(huán)境修復(fù)等等。然而納米粒子一個(gè)不可回避的問(wèn)題就是其內(nèi)在的不穩(wěn)定性。納米粒子具有高的表面積/體積值，非常容易發(fā)生團(tuán)聚，以此來(lái)減少表面能。然而，裸露的金屬納米粒子的化學(xué)性質(zhì)很活潑，在空氣中易被氧化，這會(huì)削弱其磁性和分散性。因此，需要通過(guò)一定修飾手段來(lái)保護(hù)磁性納米粒子，以防止其在合成過(guò)程中或合成后一些功能退化。保護(hù)策略主要包括有機(jī)物的枝接或包覆，包括表面活性劑或聚合物；無(wú)機(jī)層的包覆，如硅和碳。通常，保護(hù)層不僅僅是穩(wěn)定納米粒子，還可以增強(qiáng)其功能性，例如，與其它的納米粒子和不同配體結(jié)合，這取決于實(shí)際的應(yīng)用需要。

無(wú)線通訊技術(shù)在工業(yè)、商業(yè)、軍事行業(yè)中快速發(fā)展，給我們的生活帶來(lái)了巨大便利，但同時(shí)也帶來(lái)了電磁波危害。這使得制備能吸收電磁波的材料和研究能吸收電磁波的裝置變得極為緊迫。因此，對(duì)電磁波具有高吸收容量、寬吸收范圍、抗氧化能力好、熱穩(wěn)定性強(qiáng)、低密度的材料的研究引起了人們的廣泛關(guān)注。

石墨烯由于具有良好的導(dǎo)電性、大的比表面積、柔韌性和化學(xué)穩(wěn)定性等許多優(yōu)良的性質(zhì)，所以常常被用來(lái)作為承載其他活性材料的基底。根據(jù)組成不同，電磁波吸收材料可分為合金和金屬型、氧化物型、陶瓷、過(guò)渡金屬硫化物、復(fù)合型材料。其中，對(duì)金屬和合金型材料，研究較多的主要是Fe、Co、Ni過(guò)渡金屬為主體的金屬和合金的磁性材料。鈷是典型的軟金屬磁性材料，并顯示大的磁各向異性，因此小尺寸的鈷納米晶具有很強(qiáng)的電磁性能。由于石墨烯具有很高的導(dǎo)電率，同時(shí)金屬鈷納米粒子具有良好的磁性，如果能將不同物相和尺寸的金屬鈷納米粒子和石墨烯制成復(fù)合體，則這種復(fù)合材料必將具有良好的電磁波吸收效應(yīng)。此外，與傳統(tǒng)的吸波材料相比，石墨烯具有密度小、抗腐蝕性好、柔性較大以及成本低等優(yōu)點(diǎn)，所以這使得對(duì)于石墨烯/金屬鈷吸波材料的研究更具有現(xiàn)實(shí)意義。

本發(fā)明采用熱還原法成功制備了六方相金屬鈷/石墨烯納米復(fù)合材料(h-Co/GN)，并且研究了這種復(fù)合材料的吸波性能。

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(lái)制備具有良好吸波性能的六方相鈷納米粒子/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)目的在于提出一種六方相鈷/石墨烯復(fù)合材料，其中金屬鈷為六方密堆積結(jié)構(gòu)，石墨烯為片狀結(jié)構(gòu)，所述復(fù)合材料為多晶結(jié)構(gòu)，并且其中C:Co摩爾比約3:2。所述復(fù)合材料在1-18Gz的頻率范圍內(nèi)都有吸收。

所述復(fù)合材料的厚度為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)明的另一方面在于一種制備上述復(fù)合材料的方法，所述方法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2-吡咯烷酮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(guò)離心的方式分離出反應(yīng)產(chǎn)物。

在上述方法中，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。

在上述方法中，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245℃，并在此溫度維持2個(gè)小時(shí)。

在上述方法中，所述熱分解還原步驟在惰性氣氛中進(jìn)行。優(yōu)選地，所述惰性氣氛為氬氣。

本發(fā)明的又一方面在于上述復(fù)合材料作為吸波材料的用途。

附圖說(shuō)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(shuō)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h-Co/GN(d)的XRD圖；

圖2為本發(fā)明實(shí)施例制備的石墨烯GN的TEM(透射電子顯微鏡，a)、HRTEM(高分辨透射電子顯微鏡，b)、和SAED(選區(qū)電子衍射，c)照片；

圖3為本發(fā)明制備的h-Co/GN納米粒子的TEM(a、b)和HRTEM(c、d)圖；以及

圖4為h-Co/GN的微波反射率損耗值與樣品厚度的關(guān)系圖。

具體實(shí)施方式