一種棒狀CuNi複合物負載石墨烯吸波材料及其製備方法與流程
2023-07-01 02:53:56 3
本發明屬於吸波材料領域，具體涉及一種棒狀cuni複合物負載石墨烯吸波材料及其製備方法。
背景技術：
隨著新式武器及各種民用方面對吸波材料需求的不斷提高，吸波材料的研究應用越來越受到重視。作為一種新型碳材料，石墨烯因其特殊的結構和性能，它能滿足新型吸波材料「薄、寬、輕、強」的要求，使其在微波吸收領域具有良好的應用前景。但是，石墨烯較大的介電常數，不利於阻抗匹配，影響了其微波衰減性能。此外，石墨烯的吸波性能也不是很理想，因而限制了它的應用。
如何改善石墨烯吸波能力差、與其他介質阻抗匹配性能差的缺陷，是石墨烯材料製備的一個關鍵問題。近年來，關於石墨烯材料的改性研究有了較大突破。通過製備石墨烯基複合材料來調節其電磁參數，從而可以提高石墨烯的匹配度，有望獲得輕質、高效的吸波材料，可廣泛應用於吸波材料、電磁屏蔽、通訊設備、航空電子等許多行業。
技術實現要素：
本發明的目的在於提供一種棒狀cuni複合物負載石墨烯吸波材料及其製備方法。
為實現上述目的，本發明採取的技術方案如下：
一種棒狀cuni複合物負載石墨烯吸波材料，該吸波材料以石墨烯為基體，基體上分布有棒狀cuni複合物，該棒狀cuni複合物以cu為核、以ni為殼。
製備方法，步驟如下：
（1）室溫下，將5~20mg氧化石墨烯加入到40~70ml濃度為5~10mol/l的氫氧化鈉溶液中，攪拌均勻，再加入cu(no3)2•3h2o溶液和ni(no3)2•6h2o溶液，再攪拌均勻；其中，cu(no3)2•3h2o溶液和ni(no3)2•6h2o溶液的濃度均為0.1~1mol/l，cu(no3)2•3h2o溶液的添加量為0.1~0.4ml，ni(no3)2•6h2o∶cu(no3)2•3h2o的摩爾比為1∶（1~4）；
（2）將0.01~1ml乙二胺加入到步驟（1）所得溶液中，並攪拌均勻；
（3）在步驟（2）所得溶液中滴加水合肼0.01~0.4ml，並攪拌均勻；
（4）將步驟（3）所得溶液在60~100℃加熱1~8h；
（5）將步驟（4）所得溶液冷卻至室溫，分離收集沉澱物，並分別進行水洗和醇洗，真空乾燥，即得棒狀cuni複合物負載石墨烯吸波材料。
有益效果：
1、利用棒狀cuni核殼複合物對石墨烯進行改性，該方法具有工藝簡單、投資設備少、成本較低的優點；
2、利用棒狀cuni核殼複合物對石墨烯進行改性能解決石墨烯具有較大的介電常數、吸波性能差的缺陷，不會對環境造成二次汙染；本發明成本較低，能夠獲得較好的吸波效果。
附圖說明
圖1：實施例1所得產物的xrd圖。
圖2：實施例1所得產物的拉曼圖。
圖3：實施例1所得產物的sem圖。
圖4：實施例1所得產物的hrtem圖。
圖5：對照例1所得產物的sem圖。
圖6：實施例1所得產物的吸波性能曲線。
圖7：對照例1所得產物的吸波性能曲線。
具體實施方式
下面結合具體實施例對本發明做進一步的闡述，以下實施例中所用到的原料均為本領域常規化學品。
實施例1
一種棒狀cuni複合物負載石墨烯吸波材料的製備方法，按下列步驟進行：
（1）配製7mol/l的高濃度氫氧化鈉溶液60ml，攪拌均勻，並冷卻至室溫；
（2）將5mg氧化石墨烯加入到步驟（1）製得的60ml氫氧化鈉溶液中，將其置於塑料燒杯中，室溫下在磁力攪拌器下進行攪拌5min，得到棕色液體，依次分別將0.1ml濃度為0.5mol/l的cu(no3)2•3h2o溶液、0.1ml濃度為0.5mol/l的ni(no3)2•6h2o溶液加入到棕色液體中，再攪拌10min，混合均勻；
（3）再將0.1mleda加入到步驟（2）製得的溶液中，並持續攪拌5min；
（4）在步驟（3）製得的溶液中滴加水合肼0.05ml，最後攪拌7min；
（5）將步驟（4）製得的溶液轉入100ml離心管中進行80℃水浴加熱1h；
（6）將步驟（5）中離心管中溶液冷卻至室溫，離心分離、收集沉澱物，先用去離子水洗滌5次，再用無水乙醇洗滌2次，最後真空乾燥12h，即得產物。
所得產物的xrd圖如圖1所示，圖中cu@ni/rgo代表本發明產物，其中rgo代表還原氧化石墨烯。由圖1可知：本發明產物xrd可以與cu和ni的主要衍射峰（111）、（200）和（220）很好地對應，可以確認cu和ni的存在，且cu和ni的純度和結晶度很高。由於石墨烯質量較輕，xrd中未能體現。
所得產物的拉曼圖譜如圖2所示，其中cu@ni/rgo代表本發明產物。由圖1可知：本發明產物中出現了明顯的石墨烯的d峰和g特徵峰，且相對石墨烯來說，混亂度增加。
所得產物的掃描電鏡（sem）如圖3所示。由圖3可知：所得產物為石墨烯表面上均勻地分布有直線狀、大小均一的棒狀物。進一步，利用hrtem對產物上的棒狀物進行分析，如圖4所示。由圖4可知：存在兩種有序的晶格條紋，並且邊緣比內部的顏色輕，並且在顏色的深度之間存在明確的邊界，根據其晶面間距可確定這兩種晶格條紋分別為cu芯和沉積的ni殼且都是單晶，棒狀物為棒狀cuni複合物，該棒狀cuni複合物以cu為核、以ni為殼。
綜合圖1-4的表徵結果可知：本發明產物為石墨烯上均勻分布有棒狀cuni複合物，該棒狀cuni複合物以cu為核、以ni為殼；並且由於棒狀cuni複合物的引入增加了石墨烯的混亂度，有利於提高整體材料的吸波性能。
本發明是利用棒狀cuni複合物對石墨烯進行改性，以提高複合材料的吸波性能。技術的關鍵在於製備出棒狀cuni複合物，然而對於棒狀cuni複合物的製備卻是十分的困難，發明人也是通過創造性勞動，才最終確定出本發明的技術方案。以下列舉其中一個對照例予以說明，但不是窮舉。
對照例1
與實施例1的不同之處在於：降低氫氧化鈉溶液的濃度同時提高水合肼的用量，具體地，按下列步驟進行：
（1）配製2.5mol/l的氫氧化鈉溶液50ml，攪拌均勻，並冷卻至室溫；
（2）將5mg氧化石墨烯加入到步驟（1）製得的50ml氫氧化鈉溶液中，將其置於塑料燒杯中，室溫下在磁力攪拌器下進行攪拌5min，得到棕色液體，依次分別將0.1ml濃度為0.5mol/l的cu(no3)2•3h2o溶液、0.1ml濃度為0.5mol/l的ni(no3)2•6h2o溶液加入到棕色液體中，再攪拌10min，混合均勻；
（3）再將0.08mleda加入到步驟（2）製得的溶液中，並持續攪拌5min；
（4）在步驟（3）製得的溶液中滴加水合肼1ml，最後攪拌7min；
（5）將步驟（4）製得的溶液轉入100ml離心管中進行80℃水浴加熱1h；
（6）將步驟（5）中離心管中溶液冷卻至室溫，離心分離、收集沉澱物，先用去離子水洗滌5次，再用無水乙醇洗滌2次，最後真空乾燥12h，即得產物。
所得產物的掃描電鏡（sem）分析如圖5所示，由圖5可知：所得產物為石墨烯表面上均勻地分布有鏈狀cuni複合物。
實施例2
一種棒狀cuni複合物負載石墨烯吸波材料的製備方法，按下列步驟進行：
（1）配製10mol/l的高濃度氫氧化鈉溶液70ml，攪拌均勻，並冷卻至室溫；
（2）將20mg氧化石墨烯加入到步驟（1）製得的70ml氫氧化鈉溶液中，將其置於塑料燒杯中，室溫下在磁力攪拌器下進行攪拌5min，得到棕色液體，依次分別將0.13ml濃度為1.0mol/l的cu(no3)2•3h2o溶液、0.07ml濃度為1.0mol/l的ni(no3)2•6h2o溶液加入到棕色液體中，再攪拌10min，混合均勻；
（3）再將0.1mleda加入到步驟（2）製得的溶液中，並持續攪拌5min；
（4）在步驟（3）製得的溶液中滴加水合肼0.06ml，最後攪拌7min；
（5）將步驟（4）製得的溶液轉入100ml離心管中進行90℃水浴加熱1h；
（6）將步驟（5）中離心管中溶液冷卻至室溫，離心分離、收集沉澱物，先用去離子水洗滌7次，再用無水乙醇洗滌3次，最後真空乾燥12h，即得產物。
實施例3
一種棒狀cuni複合物負載石墨烯吸波材料的製備方法，按下列步驟進行：
（1）配製6mol/l的高濃度氫氧化鈉溶液40ml，攪拌均勻，並冷卻至室溫；
（2）將10mg氧化石墨烯加入到步驟（1）製得的40ml氫氧化鈉溶液中，將其置於塑料燒杯中，室溫下在磁力攪拌器下進行攪拌5min，得到棕色液體，依次分別將0.4ml濃度為0.1mol/l的cu(no3)2•3h2o溶液、0.1ml濃度為0.1mol/l的ni(no3)2•6h2o溶液加入到棕色液體中，再攪拌10min，混合均勻；
（3）再將0.09mleda加入到步驟（2）製得的溶液中，並持續攪拌5min；
（4）在步驟（3）製得的溶液中滴加水合肼0.04ml，最後攪拌7min；
（5）將步驟（4）製得的溶液轉入100ml離心管中進行60℃水浴加熱8h；
（6）將步驟（5）中離心管中溶液冷卻至室溫，離心分離、收集沉澱物，先用去離子水洗滌6次，再用無水乙醇洗滌2次，最後真空乾燥12h，即得產物。
吸波性能的比較
為了比較cuni複合物形貌對複合材料性能的影響，分別取實施例1和對照例1產物作為樣品，利用矢量網絡分析儀(vna，agilentn5234a，1-18ghz)對材料進行介電性能和電磁性能的分析。具體做法是：利用石蠟與樣品按照2：3的質量比例進行混合，並壓製成內、外徑分別為3.04mm和7.00mm的同軸環狀，厚度為約2.00mm，利用矢量網絡分析儀模擬測試不同厚度樣品的吸波性能。實施例1所得棒狀cuni複合物負載石墨烯吸波材料和對照例1鏈狀cuni複合物負載石墨烯吸波材料的吸波性能曲線，分別如圖6和圖7所示，圖例中的數字代表網絡矢量分析儀所模擬的樣品厚度。由圖6和圖7可知：相比較而言，棒狀cuni複合物負載石墨烯吸波材料比其他形貌cuni複合物負載石墨烯吸波材料的吸波性能更佳，其中最大反射損耗達-41.21db。