一種柔性的石墨烯/透波纖維復合吸波材料的制備方法技術

本發(fā)明專利技術涉及一種柔性的石墨烯/透波纖維復合吸波材料的制備方法，解決目前纖維復合吸波材料質量重、厚度大、制備工藝復雜等不足。技術方案是使用氧化石墨烯分散液，通過旋涂或者真空浸漬工藝，在透波纖維表面均勻涂覆一層氧化石墨烯，然后通過熱處理去除氧化石墨烯部分含氧基團，優(yōu)化其電導率和介電常數，提高吸波性能，之后封裝于聚二甲基硅氧烷中固化處理，獲得柔性的石墨烯/纖維復合吸波材料。制得的復合材料吸收頻率可調，最小反射損耗達?45dB，反射損耗<?10dB的頻率寬度為0～4.2GHz，彎折之后電磁波吸收性能保持穩(wěn)定。

Method for preparing flexible graphene / wave wave fiber composite wave absorbing material

The invention relates to a preparation method of a flexible graphene / wave wave fiber composite wave absorbing material, which solves the defects of large quality, large thickness and complicated preparation process of the fiber composite wave absorbing material. The technical scheme is using graphene oxide dispersions by spin coating or vacuum impregnation process, the fibers surface evenly coated with a layer of graphene oxide and graphene oxide, removal of part of the oxygen containing groups by heat treatment, optimize the conductivity and dielectric constant, improve the absorbing properties, after curing encapsulated in poly two methyl siloxane, obtained the graphene / flexible fiber composite absorbing material. Composite absorption frequency adjustable prepared, the minimum reflection loss of 45dB, the reflection loss of < 10dB; frequency width is 0 ~ 4.2GHz, bending after the electromagnetic wave absorption performance remained stable.

【技術實現步驟摘要】
一種柔性的石墨烯/透波纖維復合吸波材料的制備方法
本專利技術屬于吸波材料的制備方法，涉及一種柔性的石墨烯/透波纖維復合吸波材料的制備方法。
技術介紹
隨著電子通信的快速發(fā)展，人類所處電磁環(huán)境日益復雜，電磁輻射成為繼水污染、大氣污染和噪聲污染之后的新型污染。為了應對電磁污染對人類健康的影響，研制可穿戴型的柔性吸波材料是迫切需要解決的熱點問題。氮化硅、氧化鋁、氧化鋯等纖維織物具有良好的力學性能，但是均屬于透波纖維。在保證其機械強度以及柔韌性的同時實現電磁波吸收，從而獲得結構功能一體化材料具有巨大的應用前景。目前，改善透波纖維電磁波吸收的有效方法是引入吸波組元，包括磁性吸波劑和吸波型陶瓷基體等。但是磁性吸波材料的實際使用有很大的局限性，磁性金屬、鐵氧體等吸波劑密度大，且在高溫環(huán)境下會失效。而吸波陶瓷基體的引入大大增加了材料的厚度和質量。這些方法均不滿足新型吸波材料“質量輕、厚度薄、吸收頻帶寬”的需求。文獻1“徐銘，賈菲，許海龍等.一種玻璃纖維基復合吸波材料及其制備方法，中國，CN104557095B[P].2016”公開了一種鋇鐵氧體/玻璃纖維復合吸波材料的制備方法。該方法通過溶膠凝膠和熱處理工藝在玻璃纖維表面涂覆一層鋇鐵氧體吸波劑，所制備復合材料的反射率<-10dB的帶寬為0～4.7GHz。該方法引入多種絡合劑，制備工藝復雜，且鋇鐵氧體的密度大。文獻2“殷小瑋，李權，段文艷等.結構/吸波一體化復合材料的制備方法，中國，CN103923601B[P].2016”公開了一種陶瓷基纖維增強復合吸波材料的制備方法。該方法采用多次浸漬陶瓷前驅體并進行高溫熱處理，或者結合化學氣相沉積工藝提高材料吸波性能并使復合材料致密化。此方法工藝周期較長，所制得產品因脆性陶瓷基體無法保持纖維本身的宏觀柔性。綜上所述，在保證連續(xù)透波纖維柔韌特性的同時實現材料的電磁波吸收仍是亟待解決的難題。目前尚無復合石墨烯和透波纖維獲得柔性吸波復合材料的報道。
技術實現思路
要解決的技術問題為了避免現有技術的不足之處，本專利技術提出一種柔性的石墨烯/透波纖維復合吸波材料的制備方法，用一種簡單的工藝復合石墨烯和透波纖維，制備出輕質柔性的纖維增強復合吸波材料，解決目前纖維基復合吸波材料制備工藝復雜、吸波涂層厚、質量重等諸多缺點。技術方案一種柔性的石墨烯/透波纖維復合吸波材料的制備方法，其特征在于步驟如下：步驟1：將透波纖維預制體置于馬弗爐中，在空氣氣氛下，熱處理溫度400～600℃，保溫1～3h后隨爐冷卻，然后分別用丙酮和去離子水清洗并烘干；步驟2：在步驟1處理后的透波纖維的表面涂覆氧化石墨烯水溶液，在40～80℃烘干；重復本過程多次；步驟3：將涂覆氧化石墨烯后的透波纖維置于馬弗爐中，在氬氣或氮氣氣氛下熱處理，溫度為400～700℃，處理時間0.5～3h，形成石墨烯/纖維；步驟4：將石墨烯/纖維在聚二甲基硅氧烷PDMS中真空浸漬5～30min，然后置于干燥箱中固化1～10h，固化溫度60～100℃，制得柔性還原氧化石墨烯/纖維復合材料。所述透波纖維為BN纖維、Si3N4纖維、Al2O3纖維或ZrO2纖維。所述步驟2的重復本過程多次為1～10次。所述氧化石墨烯水溶液是：將氧化石墨烯置于去離子水中超聲分散1～10h，配置0.5～3mg/mL的氧化石墨烯水溶液。所述所述氧化石墨烯純度>99wt％，直徑500nm～5μm。所述步驟2的涂覆方法為旋涂或真空浸漬。所述聚二甲基硅氧烷中添加有固化劑，固化劑含量1～5％。有益效果本專利技術提出的一種柔性的石墨烯/透波纖維復合吸波材料的制備方法，通過旋涂或者浸漬工藝在透波纖維表面均勻涂覆氧化石墨烯，并通過熱處理工藝還原氧化石墨烯，然后將所得還原氧化石墨烯/纖維封裝于柔性樹脂基體中。有益效果為：(1)選用二維輕質的石墨烯作為吸波劑，大大降低了吸波材料的重量和厚度；(2)該工藝過程未使用還原劑、粘結劑、分散劑等有機添加劑，安全環(huán)保，工藝簡單；(3)所制得復合吸波材料吸波頻率可調，最小反射損耗達-45dB(電磁波吸收超過99.99％)，反射損耗<-10dB的頻帶寬度為0～4.2GHz；(4)所制得復合材料保持了良好的柔韌性和性能穩(wěn)定性，彎折數千次后吸波性能不降低。附圖說明圖1是本專利技術方法的工藝流程圖。圖2是實施例1負載石墨烯后的氧化鋁纖維SEM照片。具體實施方式現結合實施例、附圖對本專利技術作進一步描述：實施實例1：(1)將氧化鋁纖維預制體置于馬弗爐中(空氣氣氛)，熱處理溫度600℃，保溫1h后隨爐冷卻，然后分別用丙酮和去離子水清洗，烘干，備用。(2)將100mg氧化石墨烯置于200mL去離子水中超聲分散1h，制得0.5mg/mL的氧化石墨烯水溶液，通過旋涂方法在步驟1處理后的氧化鋁纖維表面涂覆一層氧化石墨烯，40℃烘干。重復該步驟10次。(3)將涂覆氧化石墨烯后的纖維置于馬弗爐中(氬氣氣氛)熱處理，溫度為700℃，處理時間0.5h。處理后的石墨烯/氧化鋁纖維形貌如圖2所示。(4)將上述處理后的石墨烯/纖維于PDMS中真空浸漬5min，然后置于干燥箱中固化1h，固化溫度100℃，制得柔性還原氧化石墨烯/氧化鋁纖維復合材料。將試樣加工成標準電磁波反射率測試試樣，測得其最小反射損耗達-45dB，吸收頻率在8.2～12.4GHz范圍內可調。實施實例2：(1)將氮化硅纖維預制體置于馬弗爐中(空氣氣氛)，熱處理溫度400℃，保溫3h后隨爐冷卻，然后分別用丙酮和去離子水清洗，烘干，備用。(2)將300mg氧化石墨烯置于100mL去離子水中超聲分散10h，制得3mg/mL的氧化石墨烯水溶液，通過真空浸漬方法在步驟1處理后的氮化硅纖維表面涂覆一層氧化石墨烯，80℃烘干。重復該步驟1次。(3)將涂覆氧化石墨烯后的纖維置于馬弗爐中(氮氣氣氛)熱處理，溫度為400℃，處理時間3h。(4)將上述處理后的石墨烯/纖維于PDMS中真空浸漬30min，然后置于干燥箱中固化10h，固化溫度60℃，制得柔性還原氧化石墨烯/氮化硅纖維復合材料。將試樣加工成標準電磁波反射率測試試樣，測得其有效吸收頻帶寬度達4.2GHz。實施實例3：(1)將氮化硼纖維預制體置于馬弗爐中(空氣氣氛)，熱處理溫度500℃，保溫2h后隨爐冷卻，然后分別用丙酮和去離子水清洗，烘干，備用。(2)將100mg氧化石墨烯置于100mL去離子水中超聲分散5h，制得1mg/mL的氧化石墨烯水溶液，通過真空浸漬方法在步驟1處理后的氮化硼纖維表面涂覆一層氧化石墨烯，60℃烘干。重復該步驟5次。(3)將涂覆氧化石墨烯后的纖維置于馬弗爐中(氮氣氣氛)熱處理，溫度為500℃，處理時間2h。(4)將上述處理后的石墨烯/纖維于PDMS中真空浸漬10min，然后置于干燥箱中固化5h，固化溫度80℃，制得柔性還原氧化石墨烯/氮化硼纖維復合材料。實施實例4：(1)將氧化鋯纖維預制體置于馬弗爐中(空氣氣氛)，熱處理溫度500℃，保溫2h后隨爐冷卻，然后分別用丙酮和去離子水清洗，烘干，備用。(2)將200mg氧化石墨烯置于100mL去離子水中超聲分散8h，制得2mg/mL的氧化石墨烯水溶液，通過真空浸漬方法在步驟1處理后的氧化鋯纖維表面涂覆一層氧化石墨烯，70℃烘干。重復該步驟3次。(3)將涂覆氧化石墨烯后的纖本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種柔性的石墨烯/透波纖維復合吸波材料的制備方法，其特征在于步驟如下：步驟1：將透波纖維預制體置于馬弗爐中，在空氣氣氛下，熱處理溫度400～600℃，保溫1～3h后隨爐冷卻，然后分別用丙酮和去離子水清洗并烘干；步驟2：在步驟1處理后的透波纖維的表面涂覆氧化石墨烯水溶液，在40～80℃烘干；重復本過程多次；步驟3：將涂覆氧化石墨烯后的透波纖維置于馬弗爐中，在氬氣或氮氣氣氛下熱處理，溫度為400～700℃，處理時間0.5～3h，形成石墨烯/纖維；步驟4：將石墨烯/纖維在聚二甲基硅氧烷PDMS中真空浸漬5～30min，然后置于干燥箱中固化1～10h，固化溫度60～100℃，制得柔性還原氧化石墨烯/纖維復合材料。

【技術特征摘要】
1.一種柔性的石墨烯/透波纖維復合吸波材料的制備方法，其特征在于步驟如下：步驟1：將透波纖維預制體置于馬弗爐中，在空氣氣氛下，熱處理溫度400～600℃，保溫1～3h后隨爐冷卻，然后分別用丙酮和去離子水清洗并烘干；步驟2：在步驟1處理后的透波纖維的表面涂覆氧化石墨烯水溶液，在40～80℃烘干；重復本過程多次；步驟3：將涂覆氧化石墨烯后的透波纖維置于馬弗爐中，在氬氣或氮氣氣氛下熱處理，溫度為400～700℃，處理時間0.5～3h，形成石墨烯/纖維；步驟4：將石墨烯/纖維在聚二甲基硅氧烷PDMS中真空浸漬5～30min，然后置于干燥箱中固化1～10h，固化溫度60～100℃，制得柔性還原氧化石墨烯/纖維復合材料。2.根據權利要求1所述柔性的石墨烯/透波纖維復合吸波材料的制備方法，其特征在于：所述透波纖維為BN纖維、Si3N4纖維、A...

【專利技術屬性】
技術研發(fā)人員：殷小瑋，韓美康，宋昶晴，
申請(專利權)人：西北工業(yè)大學，
類型：發(fā)明
國別省市：陜西,61