[發(fā)明專利]原位負載氮摻雜石墨烯的聚合物轉化陶瓷基吸波材料的制備方法

有效

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• 申請日: 2021-08-23
• 公開（公告）號: CN113735597B
• 公開（公告）日: 2022-07-05
• 發(fā)明（設計）人: 付前剛;張育育;孫佳;閆寧寧;韓旭
• 申請（專利權）人: 西北工業(yè)大學
• 主分類號: C04B35/589
• 分類號: C04B35/589;C04B35/596;C04B35/571;C04B35/577;C04B35/563;C04B35/622
• 代理公司: 西安凱多思知識產(chǎn)權代理事務所(普通合伙) 61290
• 代理人: 王鮮凱

本發(fā)明涉及一種原位負載氮摻雜石墨烯的聚合物轉化陶瓷基吸波材料的制備方法，以有機氮源與硅基聚合物反應生成單源前驅體，通過裂解和高溫熱處理使前驅體自組裝生成原位負載氮摻雜石墨烯的陶瓷基吸波材料。本發(fā)明通過有機化學改性方法一步合成單源前驅體，高溫裂解得到吸波性能優(yōu)異的負載氮摻雜石墨烯的聚合物轉化陶瓷(NG?PDCs)基復合材料。負載氮摻雜石墨烯的復相陶瓷是由合成的單源前驅體轉化的，其中氮摻雜石墨烯均勻分布在聚合物轉化陶瓷中。采用化學結合一步引入吸波性能更加優(yōu)異的NG，以克服傳統(tǒng)方法外加石墨烯制備繁瑣、結構易團聚的弊端，提高PDCs材料的吸波性能。

技術領域

本發(fā)明屬于吸波材料技術領域，涉及一種原位負載氮摻雜石墨烯的聚合物轉化陶瓷基吸波材料的制備方法。

背景技術

聚合物轉化陶瓷(Polymer derived ceramics,PDCs)技術因具有陶瓷前驅體分子人為設計性強、熱解陶瓷相疇尺寸可控、能夠得到非晶/納米晶原位復合結構等特點，在多元陶瓷基復合材料的制備方面被廣泛應用。硅基PDCs(如SiCN、SiOC和SiBCN等)表現(xiàn)出優(yōu)異的高溫穩(wěn)定性、抗氧化性和抗蠕變性，在其基礎上，進一步通過高溫熱處理可使陶瓷內(nèi)部形成SiC納米晶和自由C的網(wǎng)絡結構，增加復合材料的介電常數(shù)和電導率，在電磁波(electromagnetic wave,EMW)吸收方面的應用具有廣闊前景。但是，僅通過高溫熱處理生成的導電相SiC和自由C含量有限，對于介電損耗的貢獻不足，體系的EMW吸收性能有限。

近年來研究者往往通過在PDCs中摻雜高介電損耗相，如碳納米管、碳化硅納米線、石墨烯等方法，提高PDCs材料的EMW吸收性能。石墨烯由于其獨特的理化性質(zhì)、良好的電學性質(zhì)和機械性能，在EMW領域展現(xiàn)出良好的應用前景。然而，石墨烯的電導率過高加劇了材料與自由空間的阻抗失配，無法直接用于EMW吸收材料(ActaMater.130(2017)83-93)。氧化石墨烯(GO)、還原氧化石墨烯(RGO)和氮摻雜石墨烯(NG)因電導率較低，可以緩解材料與自由空間的阻抗失配，提高材料體系的EMW吸收性能。專利CN112851363A公開了氧化石墨烯增強SiBCN陶瓷復合材料及其制備方法，證明高介電損耗相的加入對PDCs吸波性能的提升有顯著作用。專利CN108946711A公開了一種氮摻雜還原氧化石墨烯氣凝膠吸波材料及其制備方法證明NG較于GO具有更好的吸收能力，NG可通過缺陷極化增強其對電磁波的衰減能力。但是NG吸波材料往往采用Hummer法制備GO，再進行元素摻雜，此方法步驟繁瑣，周期長。且NG與PDCs往往是機械混合，由于石墨烯分子間的范德華力導致其易發(fā)生結構團聚。

發(fā)明內(nèi)容

要解決的技術問題

為了避免現(xiàn)有技術的不足之處，本發(fā)明提出一種原位負載氮摻雜石墨烯的聚合物轉化陶瓷基吸波材料的制備方法，解決現(xiàn)有石墨烯摻雜PDCs材料制備方法繁瑣、易結構團聚帶來的吸波性能不足問題。首先采用化學改性方法一步合成單源前驅體，通過裂解和高溫熱處理得到均勻分布的NG-PDCs。本發(fā)明得到的原位NG-PDCs能夠解決石墨烯引入PDCs結構中步驟復雜、易團聚的難題，改善本征石墨烯摻雜PDCs結構與EMW的阻抗失配、損耗機制單一的現(xiàn)狀。

技術方案

一種原位負載氮摻雜石墨烯的聚合物轉化陶瓷基吸波材料的制備方法，其特征在于步驟如下：

步驟1：將氮源有機物分散到有機溶劑中，再轉移至Schlenk裝置中；再加入硅基聚合物，于60～120℃下攪拌反應2～4h，再在真空下去除有機溶劑，得到單源前驅體；

所述氮源有機物與硅基聚合物質(zhì)量比為1～10︰1；

步驟2：將單源前驅體放入管式爐中，以氮氣為保護氣體，以3～10℃/min的升溫速度將爐溫升至100～400℃，使前驅體在該溫度下充分交聯(lián)固化1～5h，保溫完成后關閉加熱電源自然隨爐降溫；單源前驅體PDCs熱處理后得到的氮摻雜石墨烯是由大量石墨烯薄片交錯堆積而形成的褶皺結構；