一种管状石墨相氮化碳@聚3,4-乙烯二氧噻吩复合材料及其制备方法

本发明属于吸波材料，具体涉及一种管状石墨相氮化碳@聚3,4-乙烯二氧噻吩(g-c3n4@pedot)复合材料及其制备方法。

背景技术：

1、随着电子信息技术的进步，电磁波在先进的电子和通信设备中得到了广泛的应用。这些设备在为人们的日常生活提供便利的同时，也产生了大量的电磁污染，不仅干扰了敏感电子设备的正常运行，而且对人体健康产生了严重的有害影响。电磁波吸收材料可以通过将电磁波能量转化为多形式能量并耗散来解决电磁污染问题。

2、传统的电磁波吸收材料包括磁性金属、铁氧体和导电聚合物。尽管这些材料制备工艺简单且价格低廉，但带宽窄且吸收强度不足限制了它们在电磁波吸收领域的实际应用。因此，通过设计具有“薄”、“轻”、“宽”和“强”特性的高性能电磁波吸收材料来应对日益严重的电磁污染挑战已成为一个紧迫的问题。

3、碳材料因其密度低、比表面积大、孔隙丰富、碳骨架相互关联等特点而受到广泛关注。其中，g-c3n4因其优异的热稳定性和化学稳定性、轻密度、丰富的缺陷和易于形成π-π共轭结构而引起了人们的极大兴趣。然而，g-c3n4的低电导率和介电常数阻碍了其实际应用。研究表明，结构设计是提高电磁波吸收能力的有效途径，主要包括多孔结构、核壳结构、中空和花状结构。因此，构建具有核壳结构的g-c3n4基复合材料有利于优化复合材料的阻抗匹配，增强其介电损耗性能。同时，高电导率的外壳也有利于优化g-c3n4的电导率。然而，片状的g-c3n4不利于核壳结构的形成。

4、另一方面，分子中具有大共轭π电子的导电聚合物，具有良好的导电可控性、易于合成、低密度和易加工性等特性，引起了学者们的极大兴趣。在众多导电聚合物中，pedot(聚3,4-乙烯二氧噻吩)表现出良好的导电性，已被广泛应用于太阳能电池、透明电极和电磁波吸收等领域。当pedot与其他介电或磁性材料复合时，可以提高电导率并增强介电损耗，从而获得更好的阻抗匹配和衰减能力。

5、基于此，本发明以管状g-c3n4为基底，设计并制备了一种管状g-c3n4@聚3,4-乙烯二氧噻吩复合材料，以优化g-c3n4的电磁波吸收性能。

技术实现思路

1、本发明的目的是针对g-c3n4在吸波领域应用时存在的电导率较差、吸波频带窄和反射损耗低的问题，提供一种管状石墨相氮化碳@聚3,4-乙烯二氧噻吩复合材料的制备方法，该方法制备流程简单，易操控且生产成本低，制得的管状g-c3n4@pedot复合材料在作为吸波材料应用时具有厚度薄、吸收强和带宽宽的特点。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、一种管状石墨相氮化碳@聚3,4-乙烯二氧噻吩复合材料的制备方法，包括以下步骤：

4、(1)将三聚氰胺加入到去离子水中，加热搅拌直至得到无色透明的溶液，然后转移至反应釜中进行水热反应，反应结束后过滤、洗涤、干燥，得到前驱体；

5、(2)将前驱体置于管式炉中，在惰性气体保护下升温进行煅烧，冷却后，得到管状g-c3n4；

6、(3)将管状g-c3n4、十二烷基硫酸钠、对甲苯磺酸和3,4-乙烯二氧噻吩(edot)加入到去离子水中，搅拌均匀，得到混合溶液；

7、(4)将六水合三氯化铁溶于去离子水中，得到氯化铁溶液，搅拌下将其滴加到预热至40～60℃的步骤(3)得到的混合溶液中，搅拌反应后，经过滤、洗涤、干燥，得到管状石墨相氮化碳@聚3,4-乙烯二氧噻吩复合材料；

8、步骤(3)中，所述管状g-c3n4、十二烷基硫酸钠、对甲苯磺酸和3,4-乙烯二氧噻吩的质量比为1:(1～2):(40～60):(0.5～2.0)。

9、进一步，步骤(1)中，所述三聚氰胺的加热温度为80～100℃。

10、进一步，步骤(1)中，所述水热反应的温度为170～190℃，时间为12～36h。

11、进一步，步骤(1)中，所述干燥的温度为60～80℃，时间为12～16h。

12、进一步，步骤(2)中，所述升温的速率为4～5℃/min，煅烧温度为500～550℃，煅烧时间为2～6h。

13、进一步，步骤(4)中，所述管状g-c3n4与六水合三氯化铁的质量比为1：(6～8)。

14、进一步，步骤(4)中，所述搅拌反应的转速为600～800转/min，反应时间为12～36h。

15、进一步，步骤(4)中，所述干燥的温度为60～80℃，时间为12～16h。

16、采用上述方法制备得到的管状石墨相氮化碳@聚3,4-乙烯二氧噻吩复合材料。

17、本发明的有益效果：

18、1、本发明公开了一种管状石墨相氮化碳@聚3,4-乙烯二氧噻吩复合材料的制备方法，先以三聚氰胺为原料，通过水热法制备前驱体，然后在氮气保护下，将前驱体进行高温煅烧制得管状g-c3n4；最后通过原位氧化聚合将pedot包覆在管状g-c3n4上，制备出具有核壳结构的管状g-c3n4@peodt复合材料，本发明方法中，前驱体的制备工艺简单，成本低，可重复操作，且本发明通过将pedot在管状g-c3n4得表面原位生长，构建了具有核壳结构的管状g-c3n4@pedot复合材料，丰富了异质界面，极大的增强了复合材料的介电损耗，pedot的引入提高了复合材料的电导率，优化了阻抗匹配。

19、2、本发明制得的复合材料作为吸波材料应用时，具有薄的匹配厚度以及宽频带，当匹配厚度为2.08mm时，填充量为20％时，频率为14.88ghz时，最小反射损耗(rlmin)值为-56.83db，有效吸收带宽(eab)值为5.44ghz(12.56-18.00ghz)；符合“薄”、“轻”、“宽”和“强”的要求，在电磁波吸收领域具有良好的应用前景。

技术特征：

1.一种管状石墨相氮化碳@聚3,4-乙烯二氧噻吩复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.如权利要求1所述管状石墨相氮化碳@聚3,4-乙烯二氧噻吩复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述三聚氰胺的加热温度为80～100℃。

3.如权利要求1所述管状石墨相氮化碳@聚3,4-乙烯二氧噻吩复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述水热反应的温度为170～190℃，时间为12～36h。

4.如权利要求1所述管状石墨相氮化碳@聚3,4-乙烯二氧噻吩复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述干燥的温度为60～80℃，时间为12～16h。

5.如权利要求1所述管状石墨相氮化碳@聚3,4-乙烯二氧噻吩复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述升温的速率为4～5℃/min，煅烧温度为500～550℃，煅烧时间为2～6h。

6.如权利要求1所述管状石墨相氮化碳@聚3,4-乙烯二氧噻吩复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(4)中，所述管状g-c3n4与六水合三氯化铁的质量比为1：(6～8)。

7.如权利要求1所述管状石墨相氮化碳@聚3,4-乙烯二氧噻吩复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(4)中，所述搅拌反应的转速为600～800转/min，反应时间为12～36h。

8.如权利要求1至7任一项所述管状石墨相氮化碳@聚3,4-乙烯二氧噻吩复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(4)中，所述干燥的温度为60～80℃，时间为12～16h。

9.采用权利要求1至8任一项所述方法制备得到的管状石墨相氮化碳@聚3,4-乙烯二氧噻吩复合材料。

技术总结本发明公开了一种管状石墨相氮化碳@聚3,4‑乙烯二氧噻吩复合材料的制备方法，先以三聚氰胺为原料，通过水热法制备前驱体，然后将前驱体在惰性气体保护下高温煅烧，制得管状g‑C<subgt;3</subgt;N<subgt;4</subgt;，再将其和十二烷基硫酸钠、对甲苯磺酸、EDOT加入到去离子水中，搅拌均匀得到混合溶液；接着将氯化铁溶液滴加到预热至40～60℃的混合溶液中，搅拌反应后，经过滤、洗涤、干燥，即得。本发明构建了具有核壳结构的管状g‑C<subgt;3</subgt;N<subgt;4</subgt;@PEDOT复合材料，丰富了异质界面，极大的增强了复合材料的介电损耗，PEDOT的引入提高了复合材料的电导率，优化了阻抗匹配，有效解决了g‑C<subgt;3</subgt;N<subgt;4</subgt;存在的电导率较差、吸波频带窄和反射损耗低的问题。技术研发人员：罗驹华,束鹏程,郑清雄,朱欣宇,戴子洋,吴玉涵受保护的技术使用者：盐城工学院技术研发日：技术公布日：2024/8/20