[發明專利]一種超輕石墨烯/多壁碳納米管復合吸波泡沫及其制備方法

有效

• 申請號: 202010035302.8
• 申請日: 2020-01-14
• 公開（公告）號: CN111217586B
• 公開（公告）日: 2021-05-18
• 發明（設計）人: 杜作娟;張乾誠;黃小忠;陳愛良;侯明明
• 申請（專利權）人: 中南大學
• 主分類號: C01B32/194
• 分類號: C01B32/194;C01B32/168;C04B30/02;C04B38/02;C04B26/32;H05K9/00
• 代理公司: 長沙市融智專利事務所(普通合伙) 43114
• 代理人: 張偉;魏娟

本發明公開了一種超輕石墨烯/多壁碳納米管復合吸波泡沫及其制備方法。將氧化石墨烯及羧基化多壁碳納米管等原料超聲分散至水中后加入醇類溶劑攪拌均勻，再置于真空環境中進行靜置處理后，依次進行取向冷凍和冷凍干燥處理及熱還原處理，即得石墨烯/多壁碳納米管復合吸波泡沫，該復合吸波泡沫內部具有定向孔徑結構，且復合吸波泡沫的形狀及內部平均內徑大小可控，密度低至0.002～1.2g/cm³，在2～40GHz具有電磁波吸收效果，在X、Ku、Ka頻段具有低于?8dB、?10dB、?17dB的優異的吸波性能，且石墨烯/多壁碳納米管復合吸波泡沫可以與塑性高分子材料等進一步復合來改善力學性能。復合泡沫的制備過程簡單、成本低，可大規模生產。

技術領域

本發明涉及一種泡沫吸波材料，特別涉及一種超輕、具有定向孔徑結構，并具有較寬有效吸收帶寬的超輕石墨烯/多壁碳納米管復合吸波泡沫材料，還涉及其利用取向冷凍結合冷凍干燥技術制備超輕石墨烯/多壁碳納米管復合吸波泡沫的方法，屬于吸波材料技術領域。

背景技術

迅速迭代的通訊技術與人工智能、大數據的緊密結合，將人與人、人與設備之間通信向萬物互聯轉變。然而，隨著當代的通信技術如5G移動通訊技術、雷達系統、RFID無線射頻支付等的快速發展和逐漸廣泛的應用，使得小型化、輕量化的電磁波無線通訊設備日益增多，隨之而來的電磁波污染和電子設備間的信號干擾已成為可穿戴設備和便攜式電子產品通信模塊的一大威脅，因此新型輕量化高性能的電磁波吸收材料存在巨大應用需求。

區別于高密度、易腐蝕的金屬系吸波材料，如鐵、錳、鈦、鋅、硅、鋁的氧化物和硫化物以及他們的合金和金屬有機框架，無機非金屬材料主要以碳系和碳氮化物構成，由于其介電性能好、重量輕、化學性質穩定等特性，近年來取得了廣泛的研究。其中石墨烯作為一種典型的具有良好電子遷移率、比表面積、熱穩定性和機械性的二維材料不僅應用于晶體管、超級電容器、儲能、氣體傳感器方面，同時作為吸波材料中一個新秀用于制備多種吸波復合材料。

在石墨烯的吸波應用中，一類是將其與磁性金屬、過渡金屬及他們的氧化物和硫化物進行復合，如γ-Fe₂O₃、Fe₃O₄/rGO、NiO/rGO、Co₃O₄/rGO、MnFe₂O₄/rGO、CoFe₂O₄:SnS/rGO、MoS₂/rGO等。此類金屬氧化物和硫化物的復合可以改善純石墨烯電磁匹配的缺陷，使復合材料可以在較小的厚度內產生較強的吸收峰。但是該類復合材料僅能作為填充物分散在其他基質中，如石蠟、橡膠、樹脂，導致其密度升高，喪失了石墨烯原本的輕質特性。而且其吸波特性多表現為在目標頻率內一個或兩個較強且有效頻寬較窄的吸收峰，限制了其應用。例如：中國專利CN110079271A、CN110012656A，分別公布了以碳材料或其磁性金屬改性的吸波材料，但是其中的碳源，僅作為填充物，還需要摻雜相應的支撐基體，且其吸收峰較窄，難以滿足應用要求。另一類吸波材料則是制備石墨烯或石墨烯復合氣凝膠。氣凝膠多由水熱法或溶劑熱法制備，可自支撐，孔隙率高，更能滿足輕量化高性能吸波材料的應用。但是由水熱法制備的氣凝膠工藝相對復雜，氣凝膠體積受限于容器的大小，且其相對于容器的收縮較為嚴重，形狀難以控制，如需應用還需要進一步加工。例如：中國專利CN110272719A、CN109573988A分別公布了幾種碳系復合氣凝膠材料，但是其形狀無法人為控制。

發明內容

針對現有技術中石墨烯及其復合吸波材料存在的缺陷，本發明的目的是在于提供一種具有定向孔徑結構、形狀可控、超輕、具有一定力學強度，且在2～40GHz具有電磁波吸收效果，在X、Ku、Ka頻段具有低于-8dB、-10dB、-17dB的優異吸波性能的石墨烯/多壁碳納米管復合吸波泡沫。

本發明的第二個目的是在于提供一種工藝流程簡單、成本低的制備石墨烯/多壁碳納米管復合吸波泡沫的方法。