一種負(fù)載磁性納米粒子的石墨烯空心微球的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本發(fā)明涉及一種負(fù)載磁性納米粒子的石墨稀空心微球的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)，掌握制空權(quán)就掌握戰(zhàn)爭(zhēng)的主動(dòng)，而掌握制空權(quán)的的武器就是飛機(jī)，但是在戰(zhàn)爭(zhēng)中，地面上固定的戰(zhàn)略目標(biāo)、海陸空的武器裝備系統(tǒng)以及各種人員時(shí)刻都處在各種雷達(dá)探測(cè)系統(tǒng)的監(jiān)控空中的動(dòng)態(tài)，所以飛機(jī)的隱身技術(shù)在提高現(xiàn)代兵器的突防能力方面發(fā)揮著重要的作用，因此吸波材料作為隱身技術(shù)的關(guān)鍵因素被世界各國(guó)重點(diǎn)開(kāi)發(fā)。
[0003]隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，電磁波輻射對(duì)環(huán)境的影響日益增大。在機(jī)場(chǎng)，飛機(jī)航班因電磁波干擾無(wú)法起飛而誤點(diǎn);在醫(yī)院，移動(dòng)電話(huà)常會(huì)干擾各種電子診療儀器的正常工作。電磁輻射造成的電磁干擾不僅僅會(huì)影響各種電子通訊設(shè)備的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，而且對(duì)人身體很心理的健康也有很大的危害。特別是當(dāng)傳統(tǒng)金屬材料被塑料制品替代后，電磁屏蔽技術(shù)就顯得更加重要了，而研究電磁屏蔽技術(shù)最關(guān)鍵是對(duì)吸波材料及涂層的研究。使用吸波材料作為電磁屏蔽技術(shù)的涂層，不僅成本低廉、工藝簡(jiǎn)便且能高效的抑制電磁污染，因此研究性能優(yōu)異的電磁屏蔽材料和吸波材料成為科研者研究的重要課題
[0004]目前，國(guó)內(nèi)外對(duì)吸波材料的研究主要集中在以下兩個(gè)方面:開(kāi)發(fā)新的具有吸波性能的納米粉體;對(duì)現(xiàn)有的納米吸波材料進(jìn)行摻雜或者復(fù)合，使它的吸波性能得到改善和提高。上述方法同時(shí)存在效率低、頻率大和密度大等缺點(diǎn)，這些缺點(diǎn)使吸波材料的應(yīng)用受到一定的限制，因此如何制作高性能的吸波材料成為了發(fā)展方向。
[0005]目前對(duì)吸波材料的研究要求其應(yīng)具有:薄、輕、寬、強(qiáng)。即厚度薄、質(zhì)量輕、頻帶寬、吸波強(qiáng)的特點(diǎn)。
[0006]石墨烯是已知的最薄的一種材料，卻非常堅(jiān)硬牢固，且比鉆石還強(qiáng)硬，它的強(qiáng)度比最好的鋼鐵還要高百倍它也是目前已知的性能最出色的導(dǎo)電性材料，它的電子運(yùn)動(dòng)速度是光速的1/300，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了一般導(dǎo)體中的電子運(yùn)動(dòng)速度，不僅如此，石墨烯導(dǎo)熱性好(5000Wm—1IT1)，比表面積大(2630111?-1)，它的楊氏模量(IlOOGPa)和斷裂強(qiáng)度(125GPa)也可與碳納米管相媲美。石墨烯主要對(duì)電磁波起介電損耗，但是石墨烯的導(dǎo)電性太好反而破壞了阻抗匹配，使其的吸波性下降。
[0007]磁性納米材料是現(xiàn)代吸波材料研究的熱點(diǎn)，磁性納米粒子對(duì)電磁波起到磁損耗的作用，并且主要是在高頻處表現(xiàn)出優(yōu)異的吸波性。由于存在易團(tuán)聚的缺點(diǎn)，分散納米磁性粒子是一個(gè)難點(diǎn)。
[0008]為了使材料更大程度的吸收電磁波，研究者們把介電損耗和磁損耗的材料制備成復(fù)合型吸波材料，以此為基礎(chǔ)的石墨烯復(fù)合材料的研究也是現(xiàn)今的一個(gè)研究熱點(diǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明提供一種負(fù)載磁性納米粒子的石墨烯空心微球的制備方法，該方法以氧化石墨烯、聚乙烯醇和鐵、鈷、鎳的金屬鹽為原料，用油包水反相乳液法制備一種大小均一的負(fù)載有金屬鹽的氧化石墨烯空心微球前驅(qū)體;并在保護(hù)氣氛下焙燒還原，得到負(fù)載磁性納米粒子的石墨烯空心微球。該方法解決了現(xiàn)有技術(shù)中石墨烯和磁性粒子結(jié)合力不足，磁性粒子不能均勾負(fù)載在石墨稀上，磁性粒子易團(tuán)聚等問(wèn)題。制備的負(fù)載磁性納米粒子的石墨烯空心微球具有高比表面積和低密度的特點(diǎn)，通過(guò)調(diào)整金屬鹽和氧化石墨烯的加入量調(diào)節(jié)控制微球的磁性能和介電性能。
[0010]為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明技術(shù)方案為:
[0011 ] 一種負(fù)載磁性納米粒子的石墨烯空心微球的制備方法，包括以下步驟:
[0012](I)將氧化石墨烯、去離子水、液體醇類(lèi)、聚乙烯醇和金屬鹽按一定比例配置成反應(yīng)液；
[0013]所述的反應(yīng)液的比例為氧化石墨烯:去離子水:液體醇類(lèi):聚乙烯醇:金屬鹽=30-80mg:6-10ml: 12~22ml: 100-300mg:200-500mg;所述的油包括甲基娃油、二甲基娃油、大豆油、花生油、橄欖油、瓜子油、茶籽油、菜籽油中的一種及其組合;所述的金屬鹽包括乙酰丙酮鐵、乙酰丙酮鎳、乙酰丙酮鈷、硝酸鈷、硝酸鐵、硝酸鎳、乙酸鐵、乙酸鈷、乙酸鎳、氯化鐵、氯化鎳、氯化鈷中的一種及其組合;所述的液體醇類(lèi)包括乙醇、甲醇或二者混合物。
[0014](2)將150-250ml油加入反應(yīng)容器中，水浴加熱到60-75°C ;在5000r/min-6000r/min的攪拌速度下將步驟(I)配置的反應(yīng)液緩慢滴入到油中攪拌5-10分鐘，形成油包水的反應(yīng)體系；將攪拌速度降至500-1000r/min攪拌3-5小時(shí)；將水浴升溫至90-100°C，在500-1000r/min的攪拌速度下繼續(xù)攪拌3-5小時(shí)后；最后將反應(yīng)液過(guò)濾，用去離子水洗滌，在60-80°C真空條件下干燥，得到負(fù)載有金屬鹽的氧化石墨烯空心微球前驅(qū)體。
[0015](3)將步驟(2)得到的氧化石墨烯空心微球前驅(qū)體，在保護(hù)氣氛中升溫煅燒0.5-4小時(shí)，將氧化石墨烯空心微球前驅(qū)體隨爐冷卻至室溫，即得到負(fù)載磁性納米粒子的石墨烯空心微球；
[0016]所述的保護(hù)氣包括氮?dú)?、氬氣、氖氣、氦氣的一種及其組合，保護(hù)氣流量為40-lOOml/min;所述的升溫速率為l_10°C/min;所述的煅燒溫度為300_800°C。
[0017]本發(fā)明制備的負(fù)載有磁性納米粒子的石墨烯空心微球材料有優(yōu)異的電磁性能，可以用于電磁波吸收材料。
[0018]本發(fā)明的有益效果為:1.制備的石墨烯微球?yàn)榭招牡?，球徑?-10微米，能夠增加材料的比表面積，減小材料的密度，具有比表面積高和密度小的特點(diǎn)，微球的內(nèi)外表面以及球壁內(nèi)部均負(fù)載有磁性納米粒子;2.磁性納米粒子負(fù)載在石墨稀片層之間，不僅解決了磁性納米粒子團(tuán)聚的問(wèn)題，同時(shí)還解決了石墨稀本身的團(tuán)聚問(wèn)題;3.通過(guò)調(diào)節(jié)石墨稀和磁性納米粒子的配比，使材料的電磁性能課調(diào)節(jié)，大大拓寬了材料在作為吸波隱身和電磁屏蔽材料時(shí)有效頻寬。本發(fā)明制備的負(fù)載有磁性納米粒子的石墨烯空心微球材料有優(yōu)異的電磁性能，可以用于電磁波吸收材料。
【附圖說(shuō)明】
[0019]圖1為實(shí)施例2制備的負(fù)載四氧化三鐵納米粒子石墨烯微球掃面電鏡圖。
[0020]圖2為實(shí)施例2制備負(fù)載四氧化三鐵納米粒子石墨烯微球少數(shù)因?yàn)楦邷仄屏训膾呙桦婄R圖。
[0021]圖3為實(shí)施例1-4制備負(fù)載四氧化三鐵納米粒子石墨烯微球的微波電磁反射性能測(cè)試結(jié)果圖。
[0022]圖4為實(shí)施例2制備負(fù)載四氧化三鐵納米粒子石墨烯微球的模擬不同厚度的微波電磁反射性能測(cè)試結(jié)果圖。
【具體實(shí)施方式】
[0023]實(shí)施例1:
[0024]步驟I:在50ml的燒杯中加入40mg氧化石墨烯，然后加入7ml去離子水，超聲處理30分鐘；稱(chēng)取10mg聚乙烯醇加入氧化石墨烯和水的混合液中，攪拌至聚乙烯醇全部溶解，記為A液。取50ml燒杯一個(gè)，量取12ml乙醇加入燒杯中，稱(chēng)取200mg乙酰丙酮鐵加入燒杯中，攪拌至乙酰丙酮鐵全部溶解，記為B液;將A液和B液混合，并攪拌均勻，得到反應(yīng)液。
[0025]步驟2:取500ml三口燒瓶一個(gè)，加入200ml橄欖油，燒瓶放入65 °C水浴中加熱，并且使用攪拌機(jī)攪拌，攪拌速度為5000r/min。將步驟2準(zhǔn)備的反應(yīng)液緩慢滴加入燒瓶中，滴加完后在5000r/min的速度下持續(xù)攪拌5min，然后把攪拌速度降至500r/min，持續(xù)攪拌3小時(shí);將水浴升至90°C，并在500r/min轉(zhuǎn)速下繼續(xù)攪拌3小時(shí)，之后停止攪拌;過(guò)濾反應(yīng)液，用去離子水清洗濾餅兩次，最后濾餅在70°C下真空干燥，得到負(fù)載乙酰丙酮鐵氧化石墨烯微球前驅(qū)體。
[0026]步驟3:把步驟2得到的負(fù)載乙酰丙酮鐵氧化石墨烯微球放入坩禍中，把坩禍放入管式爐的石英管中，往石英管中通入氬氣，氣流量為50ml