本發(fā)明屬于電磁波吸收材料，提供了一種硫化鉍-還原氧化石墨烯復(fù)合材料的制備方法及應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、近年來，電磁波的廣泛應(yīng)用帶來了電子設(shè)備之間相互干擾以及對人體健康等嚴重問題，因此開發(fā)有效吸收電磁波的材料成為一項亟待解決的關(guān)鍵課題。傳統(tǒng)的金屬材料吸收劑雖然性能優(yōu)異，但成本高、環(huán)境污染問題突出，制約其進一步應(yīng)用。此外，電磁波干擾場景復(fù)雜，單一材料吸收能力不足以滿足需求，亟需開發(fā)新型復(fù)合材料吸收劑。

2、金屬硫化物半導(dǎo)體材料因其獨特的結(jié)構(gòu)和性能，在催化、能源、光電器件等領(lǐng)域展現(xiàn)出廣闊的應(yīng)用前景，也逐漸成為電磁波吸收劑領(lǐng)域的關(guān)注焦點。其中，硫化鉍因其優(yōu)異半導(dǎo)體性能和較強的一維生長傾向，被認為具有潛在的波吸收應(yīng)用價值。

3、但硫化鉍較低的電導(dǎo)率限制了其應(yīng)用，通常需要與其他材料復(fù)合才能提升其介電損耗性能，達到更好的吸波效果，通常采用與碳材料進行復(fù)合。研究人員采用多種策略制備此類吸收劑，如引入匹配單元、引入磁性單元、增強極化弛豫、超復(fù)合材料設(shè)計等。哈爾濱工業(yè)大學(xué)的黃小蕭課題組制備了一種微米花狀1t/2h相二硫化鉬吸波材料，研究發(fā)現(xiàn)該材料匹配厚度為2.68mm時，反射損耗最低達到近-59.8db，匹配厚度為2.48mm時，有效吸收帶寬為6.8ghz。(黃小蕭，閆岳峰，張凱麗，秦光宇，周玉.一種微米花狀1t/2h相二硫化鉬吸波材料的制備方法cn117963987a，2024-05-03.)jiang等人通過一步熱氮化工藝制備了氮化硼/還原氧化石墨烯(bn/rgo)納米復(fù)合材料，所獲得的納米bn/rgo雜化材料的吸波性能在2.6mm的厚度下，有效吸收帶寬為4.2ghz，達到了-48.9db的最大反射損耗(rl)。(zhiyangjiang，haoxu?si，xin?chen，huimin?liu，lei?zhang，yahong?zhang，chunhong?gong，andjingwei?zhang，composites?communications?22，100503(2020).)綜上所述，硫化鉍材料擁有良好的電磁波吸收性能潛力，但是通常存在幾個突出的問題：一、純硫化鉍導(dǎo)電性較差，阻抗易失配，使得其吸波性能較差；二、單一棒狀結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性較低，吸波環(huán)境復(fù)雜需要更加穩(wěn)定的架構(gòu)；三、工藝復(fù)雜，成本較為高昂，不利于規(guī)?；纳a(chǎn)。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是提供一種易制備、電導(dǎo)率可調(diào)諧、性質(zhì)穩(wěn)定，并有較強的寬帶微波吸收性能的硫化鉍-還原氧化石墨烯復(fù)合材料及其制備方法。另一目的是提供所述的硫化鉍-還原氧化石墨烯復(fù)合材料在電磁波吸收方面的應(yīng)用。

2、為了實現(xiàn)上述目的本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

3、本發(fā)明提供了一種硫化鉍-還原氧化石墨烯復(fù)合材料，還原氧化石墨烯納米片表面具有棒狀的bi2s3，棒狀bi2s3是在氧化石墨烯納米片溶劑熱過程中原位生長而成。

4、本發(fā)明還提供了一種硫化鉍-還原氧化石墨烯復(fù)合材料的制備方法，包括以下步驟：

5、合成氧化石墨烯納米片，待用；

6、以乙二醇為溶劑介質(zhì)，聚乙烯吡咯烷酮k30為表面活性劑，以氧化石墨烯納米片為基底，加入五水硝酸鉍和硫脲，混合攪拌均勻后轉(zhuǎn)移至水熱釜內(nèi)襯中，加熱升溫至反應(yīng)溫度，反應(yīng)溫度在180～220℃之間；

7、溶劑熱反應(yīng)時間為8～18小時，反應(yīng)結(jié)束后水熱釜整體完全冷卻至室溫，在內(nèi)襯內(nèi)壁上形成的的黑色粉末，即為硫化鉍-還原氧化石墨烯復(fù)合材料。

8、上述方案中，對水熱釜聚四氟乙烯內(nèi)襯清洗：

9、用流動的自來水沖洗水熱釜聚四氟乙烯內(nèi)襯的內(nèi)壁以及蓋子的內(nèi)壁，然后用800～1200ml去離子水沖洗內(nèi)村的內(nèi)壁以及蓋子的內(nèi)壁，隨后用50～100ml無水乙醇裝滿內(nèi)襯，將其置于超聲波清洗器中，超聲清洗15～25min；

10、上述方案中，氧化石墨烯粉末的合成：

11、步驟a1.將一個干燥的容器放置于水浴中，在瓶口上方固定一個機械攪拌裝置，依次加入3g磷片石墨、360ml硫酸、40ml正磷酸和18g高錳酸鉀，并在46℃的水浴中攪拌12～16h；

12、步驟a2.將裝有350～450ml去離子水的燒杯置于冰浴中，緩慢加入a1中攪拌后的溶液，冷卻后逐滴加入10～15ml過氧化氫，直到溶液變?yōu)榱咙S色；

13、步驟a3.隨后用去離子水洗滌②中所述的亮黃色溶液，洗滌3～5次，離心至溶液的ph值接近7.0，將最終洗滌干凈的產(chǎn)物進行冷凍干燥，得到干燥的氧化石墨烯粉末，并保存?zhèn)溆茫?/p>

14、上述方案中，硫化鉍-還原氧化石墨烯復(fù)合材料的合成：

15、步驟b1.將20～80mg步驟a3中制備的氧化石墨烯粉末，溶解在30～50ml乙二醇中，超聲15～25min，然后加入0.05～0.2g聚乙烯吡咯烷酮k30粉末，攪拌20～40min；

16、步驟b2.加入0.8～1.5g五水硝酸鉍和0.1～0.6g硫脲，然后將混合溶液攪拌20～40min；

17、步驟b3.轉(zhuǎn)移到100ml聚四氟乙烯內(nèi)襯的不銹鋼高壓釜中，密封并在180～220℃下保持8～18小時；

18、步驟b4.水熱釜整體完全冷卻至室溫后，打開聚四氟乙烯內(nèi)襯，收集離心管中的黑色粉末，該黑色粉末即為硫化鉍-還原氧化石墨烯復(fù)合材料；

19、步驟b5.用去離子水和無水乙醇多次洗滌步驟b4中的黑色粉末，在60～80℃溫度下將黑色粉末烘干，完全干燥后保存待用。

20、本發(fā)明還提供了一種硫化鉍-還原氧化石墨烯復(fù)合材料的應(yīng)用，所述的硫化鉍-還原氧化石墨烯復(fù)合材料作為電磁功能材料使用，包括但微波吸收材料和電磁屏蔽材料。

21、上述方案中，使用所述的硫化鉍-還原氧化石墨烯復(fù)合材料的方法是：將硫化鉍-還原氧化石墨烯復(fù)合材料作為填充劑，按比例與石蠟或環(huán)氧樹脂均勻混合，對被保護物體表面進行涂覆，作為涂層使用。

22、因為本發(fā)明采用上述技術(shù)手段，因此具備以下有益效果：

23、(1)本發(fā)明的硫化鉍-還原氧化石墨烯復(fù)合材料具有良好的電磁波吸收性能，可以作為電磁功能材料使用，包括但不限于微波吸收材料和電磁屏蔽材料。

24、(2)硫化鉍-還原氧化石墨烯復(fù)合材料是以氧化石墨烯納米片為基底，以五水硝酸鉍為鉍源，以硫脲為硫源，溶劑熱條件下原位制備的，具有反應(yīng)工藝流程簡單、產(chǎn)率高、產(chǎn)物電導(dǎo)率可調(diào)諧等特點。

25、(3)可以通過控制氧化石墨烯濃度，硫源、鉍源濃度，溶劑熱反應(yīng)的溫度和反應(yīng)時長的參數(shù)調(diào)節(jié)，對硫化鉍-還原氧化石墨烯復(fù)合材料實現(xiàn)形貌、性能和產(chǎn)量的調(diào)節(jié)，故本發(fā)明具有工藝簡便性、易于操作、可規(guī)?；a(chǎn)等特點。

技術(shù)特征：

1.一種硫化鉍-還原氧化石墨烯復(fù)合材料，其特征在于，還原氧化石墨烯納米片表面具有棒狀的bi2s3，棒狀bi2s3是在氧化石墨烯納米片溶劑熱過程中原位生長而成。

2.如權(quán)利要求1所述一種硫化鉍-還原氧化石墨烯復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

3.如權(quán)利要求2所述一種硫化鉍-還原氧化石墨烯復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，對水熱釜聚四氟乙烯內(nèi)襯清洗：

4.如權(quán)利要求3所述一種硫化鉍-還原氧化石墨烯復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，氧化石墨烯粉末的合成：

5.如權(quán)利要求4所述一種硫化鉍-還原氧化石墨烯復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，硫化鉍-還原氧化石墨烯復(fù)合材料的合成：

6.如權(quán)利要求1所述的一種硫化鉍-還原氧化石墨烯復(fù)合材料的應(yīng)用，其特征在于，所述的硫化鉍-還原氧化石墨烯復(fù)合材料作為電磁功能材料使用，包括但微波吸收材料和電磁屏蔽材料。

7.如權(quán)利要求6所述的一種硫化鉍-還原氧化石墨烯復(fù)合材料的應(yīng)用，其特征在于，使用所述的硫化鉍-還原氧化石墨烯復(fù)合材料的方法是：將硫化鉍-還原氧化石墨烯復(fù)合材料作為填充劑，按比例與石蠟或環(huán)氧樹脂均勻混合，對被保護物體表面進行涂覆，作為涂層使用。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及電磁波吸收材料技術(shù)領(lǐng)域，提供了一種硫化鉍?還原氧化石墨烯復(fù)合材料的制備方法及應(yīng)用。主旨在于解決傳統(tǒng)金屬材料吸收劑成本高、環(huán)境污染問題以及單一材料吸收能力不足的問題。主要方案包括合成氧化石墨烯納米片，以乙二醇為溶劑介質(zhì)，聚乙烯吡咯烷酮K30為表面活性劑，加入五水硝酸鉍和硫脲，通過溶劑熱反應(yīng)原位制備硫化鉍?還原氧化石墨烯復(fù)合材料。本發(fā)明用于電磁功能材料，包括微波吸收材料和電磁屏蔽材料，通過將復(fù)合材料作為填充劑與石蠟或環(huán)氧樹脂混合涂覆于被保護物體表面，實現(xiàn)電磁波吸收和屏蔽。

技術(shù)研發(fā)人員：葉偉平,趙睿,薛衛(wèi)東
受保護的技術(shù)使用者：電子科技大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/9