[發(fā)明專利]一種阻抗?jié)u變型石墨烯基聚酰亞胺復合泡沫吸波材料

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010974606.0
• 申請日: 2020-09-16
• 公開（公告）號: CN112094426B
• 公開（公告）日: 2021-11-16
• 發(fā)明（設計）人: 王子成;劉天西;李雙雙;張亞偉
• 申請（專利權）人: 江南大學
• 主分類號: C08J9/42
• 分類號: C08J9/42;C08J9/40;C08J9/28;C08L79/08;C08K3/04;C08K7/24
• 代理公司: 哈爾濱市陽光惠遠知識產(chǎn)權代理有限公司 23211
• 代理人: 林娟

本發(fā)明公開了一種阻抗?jié)u變型石墨烯基聚酰亞胺復合泡沫吸波材料，屬于多孔吸波材料及其制備技術領域。其中，低阻抗骨架結構為由氧化石墨烯原位自組裝得到的多孔泡沫材料；二級結構為具有較高阻抗特性的石墨烯/聚酰亞胺復合材料；三級結構為具有高阻抗特性的聚酰亞胺材料。按照下述步驟進行：一、原位自組裝石墨烯多孔復合泡沫材料；二、石墨烯泡沫采用真空浸漬法負載石墨烯/聚酰亞胺復合材料中間層；三、繼續(xù)采用相同真空浸漬法負載聚酰亞胺材料層。本發(fā)明所制備的三級阻抗?jié)u變型復合泡沫材料展現(xiàn)出優(yōu)異的吸波強度和吸收帶寬，制備過程簡單易操作，綠色環(huán)保，有望應用于航空航天、軍事裝備、民用電器等對電磁波吸收有需求的領域。

技術領域

本發(fā)明涉及一種阻抗?jié)u變型石墨烯基聚酰亞胺復合泡沫吸波材料，屬于多孔吸波材料及其制備技術領域。

背景技術

吸波材料作為一種以介電損耗、磁損耗或者電導損耗等方式實現(xiàn)對入射電磁波有效衰減的功能材料，在電磁防護領域獲得了廣泛關注。傳統(tǒng)的鐵氧體、羰基鐵以及陶瓷等展現(xiàn)出優(yōu)異的吸波性能。然而，因其密度大、易腐蝕、成本高等缺點限制它們在吸波領域的進一步應用。近年來，碳泡沫材料作為一種內(nèi)部具有三維導電網(wǎng)絡結構的多孔材料，以其輕質、耐腐蝕、易加工，成本低等特點正逐漸成為極具競爭優(yōu)勢的微波吸收材料而受到越來越多的關注。在前期的工作中(CN 111548529 A一種多級結構的聚酰亞胺基石墨烯復合泡沫材料及其制備)，發(fā)明人曾嘗試在碳泡沫骨架結構內(nèi)部構建阻抗梯度以增強對于進入骨架結構的電磁波以界面極化損耗和碳泡沫導電骨架內(nèi)表面間多重隨機反射/散射耗散實現(xiàn)對于微波吸收性能的提升。然而，對于碳泡沫材料來說，其骨架結構自身較高的導電特性使其材料表面阻抗匹配性能較差，入射電磁波無法有效進入到材料內(nèi)部實現(xiàn)有效耗散，從而導致其存在微波吸收強度弱和頻帶寬度窄等缺陷。因此，為了獲得優(yōu)異微波吸收性能的輕質碳泡沫材料，就需滿足以下兩點：一是入射電磁波能最大程度進入材料內(nèi)部，即要求材料表面阻抗匹配；二是入射電磁波進入材料內(nèi)部后能迅速被吸收衰減掉，即材料的衰減特性，這與材料的阻抗分布和微觀形貌息息相關。

發(fā)明內(nèi)容

【技術問題】

碳泡沫材料骨架結構自身較高的導電特性，使其材料表面阻抗不匹配，限制了入射電磁波進入材料內(nèi)部從而較難實現(xiàn)電磁波能量的有效耗散。

【技術方案】

為解決上述問題，本發(fā)明提供了一種三級阻抗?jié)u變型石墨烯基聚酰亞胺復合泡沫吸波材料及其制備方法，目的在于克服現(xiàn)有碳泡沫材料表面阻抗不匹配所引起的微波吸收強度弱、頻帶寬度窄等缺點。

本發(fā)明以原位自組裝石墨烯泡沫為一級結構，通過真空浸漬法和冷凍干燥工藝，先后獲得石墨烯-石墨烯/聚酰亞胺二級結構和石墨烯-石墨烯/聚酰亞胺-聚酰亞胺三級結構。聚酰亞胺的引入，一方面可以增強復合泡沫材料的力學強度，另一方面，構建從外到內(nèi)三級阻抗?jié)u變梯度從而提高材料的表面阻抗匹配，促進入射電磁波進入材料內(nèi)部并且實現(xiàn)其在材料內(nèi)部的有效衰減，處在泡沫材料骨架結構最外層的高阻抗聚酰亞胺作為阻抗匹配層具有電磁波透射特性可以實現(xiàn)對入射電磁波的有效引入；處在中間層較低阻抗的石墨烯/聚酰亞胺作為電磁吸收層在實現(xiàn)電磁波進一步透射的同時實現(xiàn)對其有效耗散；處在最內(nèi)層的低阻抗石墨烯能夠反射透過中間層的電磁波，使其再次進入中間層，增強電磁波的二次吸收，最終實現(xiàn)復合泡沫對于入射電磁波的有效引入-吸收-反射-再吸收，有望在增強微波吸收強度的同時拓寬吸收頻帶寬度。

具體的，本發(fā)明提供了一種三級阻抗?jié)u變型石墨烯基聚酰亞胺復合泡沫吸波材料的制備方法，所述方法為：

(1)制備一級石墨烯泡沫：將氧化石墨烯、還原劑分散在水中得到分散液，通過水熱還原法獲得還原氧化石墨烯水凝膠，然后通過干燥、熱處理，獲得一級石墨烯泡沫(GN)；

(2)制備兩級石墨烯-石墨烯/聚酰亞胺復合泡沫：將氧化石墨烯、水溶性聚酰胺酸、有機胺和水混合均勻，并采用浸漬法將步驟(1)制得的一級石墨烯泡沫浸沒在復合液中，待吸附飽和后對其進行冷凍干燥、惰性氣體下熱處理，獲得兩級結構石墨烯-石墨烯/聚酰亞胺復合泡沫(GN-GP)；