一種氧化石墨烯基四氧化三鐵納米復合材料及其制備方法技術

本發明專利技術提供了一種氧化石墨烯基四氧化三鐵納米復合材料的制備方法，包括：S1)將氧化石墨烯溶液與亞鐵鹽溶液混合，得到前驅體混合液；S2)在所述前驅體混合液中加入第一堿性物質調節pH值大于8，反應后，得到第一反應液；S3)將所述第一反應液與吡咯烷酮類化合物混合，反應后，得到第二反應液；S4)在所述第二反應液中加入第二堿性物質調節pH值大于11，反應后，得到第三反應液；S5)將所述第三反應液與溴化銨類表面活性劑混合，反應后，得到氧化石墨烯基四氧化三鐵納米復合材料。本發明專利技術通過液相沉淀法制備四氧化三鐵的晶核，然后加入表面活性劑原位生長晶體，在低溫常壓條件下制備得到氧化石墨烯基四氧化三鐵納米復合材料。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術屬于復合材料
，尤其涉及一種氧化石墨烯基四氧化三鐵納米復合材料及其制備方法。
技術介紹
隨現代科技進步的發展，各種電子設備成為服務人類社會的必備品。然而，電子、電氣設備工作過程中產生的電磁輻射與電磁干擾問題又制約著人們的生產和生活，造成人類生存環境的進一步惡化。目前，電磁波成為一種新型具有較大危害性且不易防護的污染源，它不僅影響通訊信號而且嚴重威脅人類的健康，而吸波材料由于能吸收投射到它表面的電磁波能量從而得到發展。同時，吸波材料在軍事隱身技術中也具有廣泛的應用，因此，新型的吸波材料需要在盡可能寬的電磁波范圍內具有優異的電磁波吸收能力，同時要兼具厚度薄、吸收頻段寬、質量輕且強度高的特性。石墨烯是一種由單一碳原子緊密排列組成的新型碳材料，其具有較大的比表面積、良好的電熱傳導性能。同時，石墨烯具有很高的介電常數，在外部電磁場中易于被極化產生介電損耗。四氧化三鐵是一種典型的磁損耗材料，由于量子尺寸效應，四氧化三鐵納米顆粒的尺寸對其電磁性能具有非常重要的影響。由于吸波材料對材料的阻抗匹配有較高要求，即復合材料的介電常數和磁導率要相近。因此，為滿足石墨烯的高介電常數，制備大尺寸的四氧化三鐵顆粒成為趨勢。氧化石墨烯表面未被還原而存在大量含氧集團，利用其表面含氧集團作為與納米材料結合的靶點，將氧化石墨烯與四氧化三鐵進行結合，可以使電磁波透入復合材料后受到空間位阻效應的阻礙延緩電磁波的直接透過，氧化石墨烯高介電損耗與四氧化三鐵高磁損耗，使得復合材料具有優異的電磁吸波性能。常規溶劑熱法制備石墨烯基四氧化三鐵納米復合材料需要將水相石墨烯轉到乙二醇等高沸點溶劑中，換相過程繁瑣且不能完全將水去除，經過高溫高壓等反應過程，操作危險系數高，且難以規模化制備。公開號為CN104923161A的中國專利公開了一種磁性氧化石墨烯的制備方法及應用，利用改進的Hummers方法合成氧化石墨烯，通過共沉淀法將四氧化三鐵納米顆粒按一定比例負載到氧化石墨烯片層上，但其制備的復合材料石墨烯片層之間嚴重堆積重疊，分散性不好，不利于復合材料吸波性能的提高。
技術實現思路
有鑒于此，本專利技術所要解決的技術問題在于提供一種氧化石墨烯基四氧化三鐵納米復合材料及其制備方法，該方法簡單且得到的氧化石墨烯基四氧化三鐵納米復合材料具有較好的吸波性能。本專利技術提供了一種氧化石墨烯基四氧化三鐵納米復合材料的制備方法，包括：S1)將氧化石墨烯溶液與亞鐵鹽溶液混合，得到前驅體混合液；S2)在所述前驅體混合液中加入第一堿性物質調節pH值大于8，反應后，得到第一反應液；S3)將所述第一反應液與吡咯烷酮類化合物混合，反應后，得到第二反應液；S4)在所述第二反應液中加入第二堿性物質調節pH值大于11，反應后，得到第三反應液；S5)將所述第三反應液與溴化銨類表面活性劑混合，反應后，得到氧化石墨烯基四氧化三鐵納米復合材料。優選的，所述氧化石墨烯溶液的質量濃度為0.05％～0.6％；所述亞鐵鹽溶液的摩爾濃度為0.1～0.6mol/L。優選的，所述吡咯烷酮類化合物為2-吡咯烷酮和/或n-甲基吡咯烷酮；所述溴化銨類表面活性劑為十六烷基三甲基溴化銨、十二烷基三甲基溴化銨與芐基三乙基溴化銨中的一種或多種。優選的，所述吡咯烷酮類化合物以吡咯烷酮類化合物溶液的形式與第一反應液混合；所述吡咯烷酮類化合物溶液中吡咯烷酮類化合物的濃度為0.01～0.1mol/L；所述溴化銨類表面活性劑以溴化銨類表面活性劑溶液的形式與第三反應液混合；所述溴化銨類表面活性劑溶液中溴化銨類表面活性劑的濃度為0.01～0.05mol/L。優選的，所述亞鐵鹽溶液、吡咯烷酮類化合物溶液與溴化銨表面活性劑溶液的加入速率各自獨立地為0.1～0.5ml/s。優選的，所述氧化石墨烯溶液中的氧化石墨烯與亞鐵鹽溶液中的亞鐵鹽的質量比為1：(1～5)；所述吡咯烷酮類化合物與亞鐵鹽溶液中亞鐵鹽的質量比為1：(1～10)；所述溴化銨類表面活性劑與吡咯烷酮類化合物的摩爾比為1：(1～5)。優選的，所述步驟S1)在超聲條件下混合；所述混合的時間為20～40min所述步驟S2)的反應溫度為50℃～70℃；反應的時間為20～40min；所述步驟S3)中的反應溫度為75℃～95℃；反應的時間為20～40min；所述步驟S4)中的反應溫度為75℃～95℃；反應的時間為20～40min；所述步驟S5)中的反應溫度為75℃～95℃；反應的時間為160～300min。優選的，所述第一堿性物質與第二堿性物質各自獨立地為氨水、氫氧化鈉與氫氧化鉀中的一種或多種。優選的，所述第二堿性物質為氨水與氫氧化鈉；所述氫氧化鈉與氨水的摩爾比為1：(1～3)。本專利技術還提供了一種氧化石墨烯基四氧化三鐵納米復合材料。本專利技術提供了一種氧化石墨烯基四氧化三鐵納米復合材料的制備方法，包括：S1)將氧化石墨烯溶液與亞鐵鹽溶液混合，得到前驅體混合液；S2)在所述前驅體混合液中加入第一堿性物質調節pH值大于8，反應后，得到第一反應液；S3)將所述第一反應液與吡咯烷酮類化合物混合，反應后，得到第二反應液；S4)在所述第二反應液中加入第二堿性物質調節pH值大于11，反應后，得到第三反應液；S5)將所述第三反應液與溴化銨類表面活性劑混合，反應后，得到氧化石墨烯基四氧化三鐵納米復合材料。與現有技術相比，本專利技術通過液相沉淀法制備氧化石墨烯基四氧化三鐵的晶核，然后加入表面活性劑原位生長晶體，在低溫常壓條件下制備得到氧化石墨烯基四氧化三鐵納米復合材料，制備過程中無需高溫高壓環境，有效降低能源損耗和成本，無需溶劑換相，有效減少了工藝步驟，并提高了復合材料的分散性；并且，四氧化三鐵在氧化石墨烯兩面生長，呈明顯的共聚集體結構，從而使氧化石墨烯與四氧化三鐵結合性好，氧化石墨烯片層之間不團聚，進而使氧化石墨烯基四氧化三鐵納米復合材料具有優異的吸波性能。本專利技術制備的氧化石墨烯基四氧化三鐵納米復合材料的吸波性能最大洗后可達-35.2dB。附圖說明圖1為本專利技術實施例1中氧化石墨烯基四氧化三鐵納米復合材料的制備流程示意圖；圖2為本專利技術實施例1～3中得到的氧化石墨烯基四氧化三鐵納米復合材料的X射線衍射譜圖；圖3為實施例1中得到的氧化石墨烯基四氧化三鐵納米復合材料的掃描電鏡照片；圖4為本專利技術實施例1中得到的氧化石墨烯基四氧化三鐵納米復合材料的透射電鏡照片；圖5為本專利技術實施例1～3中得到的氧化石墨烯基四氧化三鐵納米復合材料的吸波性能曲線圖。具體實施方式本專利技術提供了一種氧化石墨烯基四氧化三鐵納米復合材料的制備方法，包括：S1)將氧化石墨烯溶液與亞鐵鹽溶液混合，得到前驅體混合液；S2)在所述前驅體混合液中加入第一堿性物質調節pH值大于8，反應后，得到第一反應液；S3)將所述第一反應液與吡咯烷酮類化合物混合，反應后，得到第二反應液；S4)在所述第二反應液中加入第二堿性物質調節pH值大于11，反應后，得到第三反應液；S5)將所述第三反應液與溴化銨類表面活性劑混合，反應后，得到氧化石墨烯基四氧化三鐵納米復合材料。其中，本專利技術對所有原料的來源并沒有特殊的限制，可為自制也可為市售。在本專利技術中，氧化石墨烯溶液優選按照以下方法制備：將氧化石墨烯溶解于水中，常溫下超聲得到氧化石墨烯溶液；所述超聲頻率優選為20～60KHz，更優選本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種氧化石墨烯基四氧化三鐵納米復合材料的制備方法，其特征在于，包括：S1)將氧化石墨烯溶液與亞鐵鹽溶液混合，得到前驅體混合液；S2)在所述前驅體混合液中加入第一堿性物質調節pH值大于8，反應后，得到第一反應液；S3)將所述第一反應液與吡咯烷酮類化合物混合，反應后，得到第二反應液；S4)在所述第二反應液中加入第二堿性物質調節pH值大于11，反應后，得到第三反應液；S5)將所述第三反應液與溴化銨類表面活性劑混合，反應后，得到氧化石墨烯基四氧化三鐵納米復合材料。

【技術特征摘要】
1.一種氧化石墨烯基四氧化三鐵納米復合材料的制備方法，其特征在于，包括：S1)將氧化石墨烯溶液與亞鐵鹽溶液混合，得到前驅體混合液；S2)在所述前驅體混合液中加入第一堿性物質調節pH值大于8，反應后，得到第一反應液；S3)將所述第一反應液與吡咯烷酮類化合物混合，反應后，得到第二反應液；S4)在所述第二反應液中加入第二堿性物質調節pH值大于11，反應后，得到第三反應液；S5)將所述第三反應液與溴化銨類表面活性劑混合，反應后，得到氧化石墨烯基四氧化三鐵納米復合材料。2.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述氧化石墨烯溶液的質量濃度為0.05％～0.6％；所述亞鐵鹽溶液的摩爾濃度為0.1～0.6mol/L。3.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述吡咯烷酮類化合物為2-吡咯烷酮和/或n-甲基吡咯烷酮；所述溴化銨類表面活性劑為十六烷基三甲基溴化銨、十二烷基三甲基溴化銨與芐基三乙基溴化銨中的一種或多種。4.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述吡咯烷酮類化合物以吡咯烷酮類化合物溶液的形式與第一反應液混合；所述吡咯烷酮類化合物溶液中吡咯烷酮類化合物的濃度為0.01～0.1mol/L；所述溴化銨類表面活性劑以溴化銨類表面活性劑溶液的形式與第三反應液混合；所述溴化銨類表面活性劑溶液中溴化銨類表面活性劑的濃度為0.01～0.05m...

【專利技術屬性】
技術研發人員：劉海波，張在忠，奚洪亮，
申請(專利權)人：山東歐鉑新材料有限公司，
類型：發明
國別省市：山東;37