一种氧化石墨烯基四氧化三铁纳米复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种氧化石墨烯基四氧化三铁纳米复合材料的制备方法，包括：S1)将氧化石墨烯溶液与亚铁盐溶液混合，得到前驱体混合液；S2)在所述前驱体混合液中加入第一碱性物质调节pH值大于8，反应后，得到第一反应液；S3)将所述第一反应液与吡咯烷酮类化合物混合，反应后，得到第二反应液；S4)在所述第二反应液中加入第二碱性物质调节pH值大于11，反应后，得到第三反应液；S5)将所述第三反应液与溴化铵类表面活性剂混合，反应后，得到氧化石墨烯基四氧化三铁纳米复合材料。本发明专利技术通过液相沉淀法制备四氧化三铁的晶核，然后加入表面活性剂原位生长晶体，在低温常压条件下制备得到氧化石墨烯基四氧化三铁纳米复合材料。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于复合材料
，尤其涉及一种氧化石墨烯基四氧化三铁纳米复合材料及其制备方法。
技术介绍
随现代科技进步的发展，各种电子设备成为服务人类社会的必备品。然而，电子、电气设备工作过程中产生的电磁辐射与电磁干扰问题又制约着人们的生产和生活，造成人类生存环境的进一步恶化。目前，电磁波成为一种新型具有较大危害性且不易防护的污染源，它不仅影响通讯信号而且严重威胁人类的健康，而吸波材料由于能吸收投射到它表面的电磁波能量从而得到发展。同时，吸波材料在军事隐身技术中也具有广泛的应用，因此，新型的吸波材料需要在尽可能宽的电磁波范围内具有优异的电磁波吸收能力，同时要兼具厚度薄、吸收频段宽、质量轻且强度高的特性。石墨烯是一种由单一碳原子紧密排列组成的新型碳材料，其具有较大的比表面积、良好的电热传导性能。同时，石墨烯具有很高的介电常数，在外部电磁场中易于被极化产生介电损耗。四氧化三铁是一种典型的磁损耗材料，由于量子尺寸效应，四氧化三铁纳米颗粒的尺寸对其电磁性能具有非常重要的影响。由于吸波材料对材料的阻抗匹配有较高要求，即复合材料的介电常数和磁导率要相近。因此，为满足石墨烯的高介电常数，制备大尺寸的四氧化三铁颗粒成为趋势。氧化石墨烯表面未被还原而存在大量含氧集团，利用其表面含氧集团作为与纳米材料结合的靶点，将氧化石墨烯与四氧化三铁进行结合，可以使电磁波透入复合材料后受到空间位阻效应的阻碍延缓电磁波的直接透过，氧化石墨烯高介电损耗与四氧化三铁高磁损耗，使得复合材料具有优异的电磁吸波性能。常规溶剂热法制备石墨烯基四氧化三铁纳米复合材料需要将水相石墨烯转到乙二醇等高沸点溶剂中，换相过程繁琐且不能完全将水去除，经过高温高压等反应过程，操作危险系数高，且难以规模化制备。公开号为CN104923161A的中国专利公开了一种磁性氧化石墨烯的制备方法及应用，利用改进的Hummers方法合成氧化石墨烯，通过共沉淀法将四氧化三铁纳米颗粒按一定比例负载到氧化石墨烯片层上，但其制备的复合材料石墨烯片层之间严重堆积重叠，分散性不好，不利于复合材料吸波性能的提高。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术所要解决的技术问题在于提供一种氧化石墨烯基四氧化三铁纳米复合材料及其制备方法，该方法简单且得到的氧化石墨烯基四氧化三铁纳米复合材料具有较好的吸波性能。本专利技术提供了一种氧化石墨烯基四氧化三铁纳米复合材料的制备方法，包括：S1)将氧化石墨烯溶液与亚铁盐溶液混合，得到前驱体混合液；S2)在所述前驱体混合液中加入第一碱性物质调节pH值大于8，反应后，得到第一反应液；S3)将所述第一反应液与吡咯烷酮类化合物混合，反应后，得到第二反应液；S4)在所述第二反应液中加入第二碱性物质调节pH值大于11，反应后，得到第三反应液；S5)将所述第三反应液与溴化铵类表面活性剂混合，反应后，得到氧化石墨烯基四氧化三铁纳米复合材料。优选的，所述氧化石墨烯溶液的质量浓度为0.05％～0.6％；所述亚铁盐溶液的摩尔浓度为0.1～0.6mol/L。优选的，所述吡咯烷酮类化合物为2-吡咯烷酮和/或n-甲基吡咯烷酮；所述溴化铵类表面活性剂为十六烷基三甲基溴化铵、十二烷基三甲基溴化铵与苄基三乙基溴化铵中的一种或多种。优选的，所述吡咯烷酮类化合物以吡咯烷酮类化合物溶液的形式与第一反应液混合；所述吡咯烷酮类化合物溶液中吡咯烷酮类化合物的浓度为0.01～0.1mol/L；所述溴化铵类表面活性剂以溴化铵类表面活性剂溶液的形式与第三反应液混合；所述溴化铵类表面活性剂溶液中溴化铵类表面活性剂的浓度为0.01～0.05mol/L。优选的，所述亚铁盐溶液、吡咯烷酮类化合物溶液与溴化铵表面活性剂溶液的加入速率各自独立地为0.1～0.5ml/s。优选的，所述氧化石墨烯溶液中的氧化石墨烯与亚铁盐溶液中的亚铁盐的质量比为1：(1～5)；所述吡咯烷酮类化合物与亚铁盐溶液中亚铁盐的质量比为1：(1～10)；所述溴化铵类表面活性剂与吡咯烷酮类化合物的摩尔比为1：(1～5)。优选的，所述步骤S1)在超声条件下混合；所述混合的时间为20～40min所述步骤S2)的反应温度为50℃～70℃；反应的时间为20～40min；所述步骤S3)中的反应温度为75℃～95℃；反应的时间为20～40min；所述步骤S4)中的反应温度为75℃～95℃；反应的时间为20～40min；所述步骤S5)中的反应温度为75℃～95℃；反应的时间为160～300min。优选的，所述第一碱性物质与第二碱性物质各自独立地为氨水、氢氧化钠与氢氧化钾中的一种或多种。优选的，所述第二碱性物质为氨水与氢氧化钠；所述氢氧化钠与氨水的摩尔比为1：(1～3)。本专利技术还提供了一种氧化石墨烯基四氧化三铁纳米复合材料。本专利技术提供了一种氧化石墨烯基四氧化三铁纳米复合材料的制备方法，包括：S1)将氧化石墨烯溶液与亚铁盐溶液混合，得到前驱体混合液；S2)在所述前驱体混合液中加入第一碱性物质调节pH值大于8，反应后，得到第一反应液；S3)将所述第一反应液与吡咯烷酮类化合物混合，反应后，得到第二反应液；S4)在所述第二反应液中加入第二碱性物质调节pH值大于11，反应后，得到第三反应液；S5)将所述第三反应液与溴化铵类表面活性剂混合，反应后，得到氧化石墨烯基四氧化三铁纳米复合材料。与现有技术相比，本专利技术通过液相沉淀法制备氧化石墨烯基四氧化三铁的晶核，然后加入表面活性剂原位生长晶体，在低温常压条件下制备得到氧化石墨烯基四氧化三铁纳米复合材料，制备过程中无需高温高压环境，有效降低能源损耗和成本，无需溶剂换相，有效减少了工艺步骤，并提高了复合材料的分散性；并且，四氧化三铁在氧化石墨烯两面生长，呈明显的共聚集体结构，从而使氧化石墨烯与四氧化三铁结合性好，氧化石墨烯片层之间不团聚，进而使氧化石墨烯基四氧化三铁纳米复合材料具有优异的吸波性能。本专利技术制备的氧化石墨烯基四氧化三铁纳米复合材料的吸波性能最大洗后可达-35.2dB。附图说明图1为本专利技术实施例1中氧化石墨烯基四氧化三铁纳米复合材料的制备流程示意图；图2为本专利技术实施例1～3中得到的氧化石墨烯基四氧化三铁纳米复合材料的X射线衍射谱图；图3为实施例1中得到的氧化石墨烯基四氧化三铁纳米复合材料的扫描电镜照片；图4为本专利技术实施例1中得到的氧化石墨烯基四氧化三铁纳米复合材料的透射电镜照片；图5为本专利技术实施例1～3中得到的氧化石墨烯基四氧化三铁纳米复合材料的吸波性能曲线图。具体实施方式本专利技术提供了一种氧化石墨烯基四氧化三铁纳米复合材料的制备方法，包括：S1)将氧化石墨烯溶液与亚铁盐溶液混合，得到前驱体混合液；S2)在所述前驱体混合液中加入第一碱性物质调节pH值大于8，反应后，得到第一反应液；S3)将所述第一反应液与吡咯烷酮类化合物混合，反应后，得到第二反应液；S4)在所述第二反应液中加入第二碱性物质调节pH值大于11，反应后，得到第三反应液；S5)将所述第三反应液与溴化铵类表面活性剂混合，反应后，得到氧化石墨烯基四氧化三铁纳米复合材料。其中，本专利技术对所有原料的来源并没有特殊的限制，可为自制也可为市售。在本专利技术中，氧化石墨烯溶液优选按照以下方法制备：将氧化石墨烯溶解于水中，常温下超声得到氧化石墨烯溶液；所述超声频率优选为20～60KHz，更优选本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种氧化石墨烯基四氧化三铁纳米复合材料的制备方法，其特征在于，包括：S1)将氧化石墨烯溶液与亚铁盐溶液混合，得到前驱体混合液；S2)在所述前驱体混合液中加入第一碱性物质调节pH值大于8，反应后，得到第一反应液；S3)将所述第一反应液与吡咯烷酮类化合物混合，反应后，得到第二反应液；S4)在所述第二反应液中加入第二碱性物质调节pH值大于11，反应后，得到第三反应液；S5)将所述第三反应液与溴化铵类表面活性剂混合，反应后，得到氧化石墨烯基四氧化三铁纳米复合材料。

【技术特征摘要】
1.一种氧化石墨烯基四氧化三铁纳米复合材料的制备方法，其特征在于，包括：S1)将氧化石墨烯溶液与亚铁盐溶液混合，得到前驱体混合液；S2)在所述前驱体混合液中加入第一碱性物质调节pH值大于8，反应后，得到第一反应液；S3)将所述第一反应液与吡咯烷酮类化合物混合，反应后，得到第二反应液；S4)在所述第二反应液中加入第二碱性物质调节pH值大于11，反应后，得到第三反应液；S5)将所述第三反应液与溴化铵类表面活性剂混合，反应后，得到氧化石墨烯基四氧化三铁纳米复合材料。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述氧化石墨烯溶液的质量浓度为0.05％～0.6％；所述亚铁盐溶液的摩尔浓度为0.1～0.6mol/L。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述吡咯烷酮类化合物为2-吡咯烷酮和/或n-甲基吡咯烷酮；所述溴化铵类表面活性剂为十六烷基三甲基溴化铵、十二烷基三甲基溴化铵与苄基三乙基溴化铵中的一种或多种。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述吡咯烷酮类化合物以吡咯烷酮类化合物溶液的形式与第一反应液混合；所述吡咯烷酮类化合物溶液中吡咯烷酮类化合物的浓度为0.01～0.1mol/L；所述溴化铵类表面活性剂以溴化铵类表面活性剂溶液的形式与第三反应液混合；所述溴化铵类表面活性剂溶液中溴化铵类表面活性剂的浓度为0.01～0.05m...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘海波，张在忠，奚洪亮，
申请(专利权)人：山东欧铂新材料有限公司，
类型：发明
国别省市：山东;37