一种复合气凝胶吸波材料及其制备方法与流程

本公开涉及吸波材料，尤其涉及一种复合气凝胶吸波材料及其制备方法。

背景技术：

1、由于笔记本电脑采用的通孔板，内存条(ddr)/固态硬盘(ssd)等为了方便扩展，都通过连接器(connector)连接，导致电磁波极易泄露；且性能不断提升导致频率和辐射强度升高，必须依靠性能越来越优异的吸波材料去降低电磁辐射，现使用的吸波材料的性能越来越不能满足其使用要求。因此提供吸波性能优异的吸波材料具有重要意义。

2、还原氧化石墨烯(rgo)作为一种新型的二维碳纳米材料，一般由天然石墨经过化学氧化还原法制得。由于其具有独特的二维层状结构，良好的化学稳定性，优越的介电损耗能力以及超低的密度等特点而在电磁波吸收材料领域具有良好的应用前景。但是研究表明单一的rgo具有阻抗不匹配以及较差的电磁波吸收能力，因此单一rgo材料在电磁波吸收领域的应用受到限制，难以满足商业应用的需求(反射损耗值低于-10db)。

3、三维(3d)rgo气凝胶由于其独特的多孔结构，极高的比表面积以及超低的密度等优点，可作为一种潜在的高性能超轻电磁波吸收材料。铁氧体是一种性能优异的磁性金属氧化物，具有良好的化学稳定性、热稳定性、铁磁性等特点，但是单一的铁氧体阻抗不匹配，电磁波吸收能力弱，且密度大，在一定程度上限制了铁氧体在吸波领域的应用。

4、根据电磁理论，材料具有优良的微波吸收性能通常需要满足两个条件：良好的阻抗匹配和强电磁衰减。因此，将介电损耗型rgo与磁性材料(铁氧体、磁性金属和磁性合金等)复合构建杂化材料有望获得一类轻质、高效、低厚度的电磁波吸收材料。然而，目前这类电磁波吸收材料的制备方法存在着制备方法复杂，制备流程繁琐及对设备条件要求苛刻等问题，且目前的吸波材料质量均比较高，限制了其实际应用。

技术实现思路

1、本公开提供了一种复合气凝胶吸波材料及其制备方法，以至少解决现有技术中存在的以上技术问题。

2、根据本公开的第一方面，提供了一种复合气凝胶吸波材料的制备方法，包括以下步骤：

3、s1：将氧化石墨烯水溶液与九水合硝酸铁(fe(no3)3·9h2o)、金属x的硝酸盐混合溶解，调节ph至碱性，制得混合分散液；

4、s2：将所述混合分散液转移至反应釜中，进行水热反应，制得氮掺杂还原氧化石墨烯/铁氧体复合水凝胶；

5、s3：对所述氮掺杂还原氧化石墨烯/铁氧体复合水凝胶进行透析、冷冻干燥，制得所述复合气凝胶吸波材料。

6、在一可实施方式中，在步骤s1之前，还包括制备所述氧化石墨烯水溶液的步骤，包括：将10～80ml水与30～200mg氧化石墨混合，超声处理后制得所述氧化石墨烯水溶液。

7、在一可实施方式中，制备所述氧化石墨烯水溶液的步骤，包括：向10～80ml水中边搅拌边加入30～200mg氧化石墨，超声处理后制得所述氧化石墨烯水溶液。

8、在一可实施方式中，所述超声处理的时间为0.5～1.5h。

9、在一可实施方式中，所述金属x包括锌、锰、镍、钴、镁、铜中的任一种。

10、在一可实施方式中，所述九水合硝酸铁中铁离子(fe3+)占铁离子(fe3+)和金属x离子(x2+)总和的摩尔百分数为33.1～33.5mol.％。

11、在一优选的实施方式中，所述九水合硝酸铁中铁离子占铁离子和金属x离子总和的摩尔百分数为33.3mol.％。

12、在一可实施方式中，步骤s1在搅拌条件下，向所述氧化石墨烯水溶液中加入所述九水合硝酸铁、所述金属x的硝酸盐，溶解分散。

13、在一可实施方式中，步骤s1所述调节ph至碱性的步骤包括：逐滴加入碱性物质，调节ph至碱性。

14、在一可实施方式中，所述碱性物质选自氢氧化钠、氨水、碳酸氢钠、乙二胺、水合肼、尿素中的任一种。

15、在一可实施方式中，步骤s1混合0.5～1.5h制得所述混合分散液。

16、具体地，步骤s1中加入九水合硝酸铁和金属x的硝酸盐，一方面为氧化石墨烯水溶液提供氮源和氧化剂，供后续生成氮掺杂还原氧化石墨烯；另一方面是为了制备铁氧体。

17、在一可实施方式中，步骤s2所述水热反应的条件包括：在100～300℃的温度下水热反应12～24h。

18、在一可实施方式中，步骤s2制得的所述氮掺杂还原氧化石墨烯/铁氧体复合水凝胶中，铁氧体为尖晶石型铁氧体。

19、在一可实施方式中，步骤s3所述透析的步骤包括：待冷却至室温，将所述氮掺杂还原氧化石墨烯/铁氧体复合水凝胶经体积分数为5～15wt.％的乙醇-水溶液透析24～48h。

20、在一可实施方式中，步骤s3经所述透析后，将透析产物预冻6～18h，然后冷冻干燥制得所述复合气凝胶吸波材料。

21、在一可实施方式中，所述冷冻干燥的时间为24～48h。

22、具体地，冷冻干燥能够保持产物的结构，缓慢升华有利于形成疏松多孔的骨架。

23、根据本公开的第二方面，提供了一种根据上述制备方法制得的复合气凝胶吸波材料，由氮掺杂还原氧化石墨烯负载铁氧体组成。

24、具体地，上述复合气凝胶吸波材料的吸波作用机理为：还原氧化石墨烯本身具有介电损耗，其表面上的含氧官能团能够产生偶极极化。铁氧体具有磁损耗能力，与还原氧化石墨烯复合之后，不仅能够增强体系中的磁损耗能力，调控阻抗匹配；此外两组分之间有明显的界面，能够增强体系的界面极化作用。多重损耗方式之间协同作用，共同增强体系的电磁波吸收能力。

25、根据本公开的一种可实施方式，至少具有以下有益效果：

26、目前制备复合气凝胶吸波材料的方法一般是分别制备铁氧体和氮掺杂还原氧化石墨烯，再将两者混合，经水热反应、透析、冷冻干燥进行制备。在制备铁氧体的时候经常会用到有机溶剂，且后续需要多次磁性分离清洗，过程较为繁琐。而本公开的制备方法只需将氧化石墨烯水溶液、九水合硝酸铁和金属x的硝酸盐混合后进行一步水热反应、透析、冷冻干燥，即可制备出包含氮掺杂还原氧化石墨烯和铁氧体的复合气凝胶吸波材料。制备的整个流程简单，对设备的要求很低。一步水热法直接制备，使得原子的转化率高；且能量利用率也高，无需经过其他热处理或高温碳化过程即可制得高性能产品，适合大规模生产。此外，本公开的制备方法中使用水作为溶剂，并没有使用有机溶剂，绿色环保，无任何有毒害副产物产生。

27、对比传统的吸波材料，本公开制备的复合气凝胶吸波材料具有以下优点：(1)通过水热法自组装制备出具有三维多孔结构的气凝胶，为气凝胶在未来的生产应用上提供了更多的可能；(2)该复合气凝胶材料，其独特的多孔结构能够显著降低密度以及增强阻抗匹配能力；此外，其具有多种损耗机制，且由于包括了氮掺杂还原氧化石墨烯和铁氧体，它们之间可以形成异质界面，从而增强偶极极化，二者结合可以提高其吸波性能；(3)该复合气凝胶吸波材料还具有吸收频带可控，频带宽等优点；(4)该复合气凝胶吸波材料具有耐热、耐腐蚀能力，能够通过改变反应条件来探索该材料对电磁波吸收的影响因素。

28、应当理解，本部分所描述的内容并非旨在标识本公开的实施例的关键或重要特征，也不用于限制本公开的范围。本公开的其它特征将通过以下的说明书而变得容易理解。