本發(fā)明公開(kāi)了一種摻雜核殼Fe/ZnO納米微粒制備磁性石墨烯復(fù)合材料的方法，屬于復(fù)合材料生產(chǎn)技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

納米復(fù)合材料指的是由兩種或兩種以上的固相至少在一維尺度上的以納米級(jí)大小復(fù)合而成的復(fù)合材料。聚合物基無(wú)機(jī)納米復(fù)合材料不僅具有納米材料的表面效應(yīng)、量子尺寸效應(yīng)等特性，而且將無(wú)機(jī)物的剛性、穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性與聚合物的韌性、加工特性和介電性能結(jié)合在一起，從而產(chǎn)生許多特異的性能。納米復(fù)合材料其性質(zhì)并非原有組成材料性能的簡(jiǎn)單疊加，而是得到更加優(yōu)異的綜合性質(zhì)，在諸多納米復(fù)合材料中，核殼結(jié)構(gòu)的納米復(fù)合材料收到了越來(lái)越多的關(guān)注，其結(jié)構(gòu)是由中心物質(zhì)（核）和包裹層物質(zhì)（殼）組成，核殼結(jié)構(gòu)微納米材料由于其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)使其在許多領(lǐng)域有巨大的潛在應(yīng)用前景。納米級(jí)金屬鐵（Fe）微粒性質(zhì)活潑，但在空氣中易燃，因此需要在Fe納米微粒表面包裹一層惰性層。氧化鋅（ZnO）是一種多功能半導(dǎo)體材料，利用ZnO包裹納米Fe微粒，能夠防止Fe被氧化，防止團(tuán)聚，控制晶體微粒尺寸，得到更加均勻的納米微粒。核殼結(jié)構(gòu)的納米Fe/ZnO微粒具有良好的電磁性，比表面積大，易于吸附，可以應(yīng)用于生物醫(yī)藥、磁記錄、污水處理等領(lǐng)域。

石墨烯是由碳原子組成的只有一層原子厚度的二維晶體，是世界上最薄的材料。在石墨烯中，每個(gè)碳原子都有一個(gè)未成鍵的p電子，這些p電子可以在晶體中自由移動(dòng)，且運(yùn)動(dòng)速度高達(dá)光速的1/300，賦予了石墨烯良好的導(dǎo)電性。石墨烯電阻率極低，電子遷移的速度極快，因此被期待可用來(lái)發(fā)展更薄、導(dǎo)電速度更快的新一代電子元件或晶體管。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了綜合利用石墨烯和核殼Fe/ZnO納米復(fù)合微粒各自的優(yōu)點(diǎn)，本發(fā)明通過(guò)磁性摻雜使石墨烯具有磁性，既利用了石墨烯高導(dǎo)電性、高強(qiáng)度、超輕薄等特性，也使得石墨烯通過(guò)摻雜核殼Fe/ZnO納米微粒具有了磁性，其中石墨烯的磁性來(lái)自Fe微粒。同時(shí)Fe微粒周?chē)腪nO殼使得Fe可以不易被氧化，比表面積大，分散均勻，使得核殼Fe/ZnO納米微粒能夠均勻的分散在石墨烯表面，能夠長(zhǎng)期保持石墨烯復(fù)合材料的磁性。

步驟一 制備核殼Fe/ZnO納米復(fù)合微粒

A 用硝酸鋅和氫氧化鈉溶于去離子水中制備ZnO前驅(qū)液；

B 在上述溶液中加入無(wú)水乙醇、濃度為25%的氨水和鐵粉，制備Fe/ZnO前驅(qū)液；

C 將B制備的前驅(qū)液加入到內(nèi)襯為聚四氟乙烯的水熱反應(yīng)釜中，在100℃條件下加熱反應(yīng)24h，制得Fe/ZnO溶液；

D 將Fe/ZnO溶液用離心分離，得到含雜質(zhì)的Fe/ZnO沉淀物；

E 將含雜質(zhì)的Fe/ZnO沉淀物加入離子水清洗，超聲和離心，重復(fù)三次，制得純凈的Fe/ZnO沉淀物；

F 將純凈的Fe/ZnO沉淀物在90℃條件下烘干，得到以Fe為核，ZnO為殼的核殼Fe/ZnO納米復(fù)合微粒。

步驟二 制備氧化石墨烯膠狀懸浮溶液

A 將超細(xì)石墨溶于98.0%的濃硫酸中，使其充分混合。然后分別加入高錳酸鉀、去離子水和過(guò)氧化氫直至無(wú)氣體生成，趁熱過(guò)濾。再用稀鹽酸和去離子水充分洗滌直至溶液呈中性，過(guò)濾得到濾餅；

B 將濾餅置于60℃烘箱中干燥24h，制得氧化石墨；

C 將氧化石墨，放入去離子水溶液中，超聲得到石墨烯分散液；

D 將石墨烯分散液用高速離心機(jī)離心，得到穩(wěn)定的氧化石墨烯膠狀懸浮溶液。

步驟三 制備摻雜Fe/ZnO的磁性石墨烯納米復(fù)合材料

A 氧化石墨烯膠狀懸浮溶液加入核殼Fe/ZnO納米復(fù)合微粒，干燥，得到氧化石墨烯- 核殼Fe/ZnO納米微粒混合樣品；

B 將氧化石墨烯- 核殼Fe/ZnO納米復(fù)合微粒混合樣品置于管式爐中，通入氮?dú)猓邷靥幚硪欢螘r(shí)間，利用氮?dú)庠诟邷叵逻€原氧化石墨烯，待溫度下降至室溫就可得到摻雜Fe/ZnO的磁性石墨烯納米復(fù)合材料樣品。

具體實(shí)施方式

步驟一 制備核殼Fe/ZnO納米復(fù)合微粒

A 將3g硝酸鋅和8g氫氧化鈉溶于20ml 的去離子水中形成溶液1；

B 在溶液1中，加入15ml去離子水、75ml無(wú)水乙醇、15ml濃度為25%的氨水、0.6g鐵粉，在25℃下利用磁力攪拌器攪拌20min，制備溶液2；

C 將溶液2加入到內(nèi)襯為聚四氟乙烯的水熱反應(yīng)釜中，在100℃條件下反應(yīng)24h，制得溶液3；

D 將溶液3用5000rpm轉(zhuǎn)速的離心機(jī)離心30min，去除上層溶液，保留沉淀物；

E 將上述沉淀物加入離子水清洗，超聲1h，然后用5000rpm轉(zhuǎn)速的離心機(jī)離心30min，去除上層溶液，保留沉淀物；重復(fù)3次，制得純凈的沉淀物；

F 將制得的純凈沉淀物在90℃條件下烘干，得到以Fe為核，ZnO為殼的核殼Fe/ZnO納米復(fù)合微粒。

步驟二 制備氧化石墨烯膠狀懸浮溶液

A 取5g超細(xì)石墨加入125mL98.0%的濃硫酸中，冰浴攪拌30min，使其充分混合。然后取20g高錳酸鉀加入混合液燒杯中，放入35℃恒溫水浴繼續(xù)攪拌2h后加入10ml去離子水，在溫度為80℃下反應(yīng)15min后加入5%的過(guò)氧化氫直至無(wú)氣體生成，趁熱過(guò)濾后用5%的稀鹽酸和去離子水充分洗滌直至溶液呈中性，過(guò)濾得到濾餅；

B 將濾餅置于60℃烘箱中干燥24h，制得氧化石墨；

C 將氧化石墨，放入400mL去離子水溶液中，制得溶液4；

D 將溶液4超聲分散1h，制得氧化石墨烯分散溶液5；

E 將溶液5用高速離心機(jī)離心10min，得到穩(wěn)定的氧化石墨烯膠狀懸浮溶液6。高速離心機(jī)轉(zhuǎn)速為10000rpm。

步驟三 制備摻雜核殼Fe/ZnO納米微粒磁性石墨烯復(fù)合材料

A 在溶液6中加入步驟一制得的核殼Fe/ZnO納米復(fù)合微粒，配置成溶液7；

B 將溶液7置于60℃烘箱中干燥24h，得到氧化石墨烯- Fe/ZnO混合樣品；

C 將氧化石墨烯- Fe/ZnO混合樣品置于管式爐中，通入氮?dú)?，在溫度?00℃下反應(yīng)30min，待溫度下降至25℃就可得到摻雜核殼Fe/ZnO納米微粒磁性石墨烯復(fù)合材料。