一种陶瓷/石墨烯气凝胶吸波材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种陶瓷/石墨烯气凝胶吸波材料及其制备方法和应用，涉及功能材料技术领域。所述陶瓷/石墨烯气凝胶吸波材料包括含有N原子掺杂取代部分C原子位置的石墨烯片层相互交错连接而形成的石墨烯网状结构；所述锂铝硅陶瓷颗粒分散在所述石墨烯网状结构表面。本发明专利技术通过锂铝硅陶瓷调节还原氧化石墨烯的阻抗匹配性能，并且利用电导损耗与极化损耗的协同作用有效的提高吸波性能；本发明专利技术方法重复性好，成本低，环境友好，清洁无毒，易于大规模生产，合成的陶瓷/石墨烯气凝胶吸波材料结构和形貌有利于电磁波吸收，是理想的可实际应用的复合电磁吸波材料。复合电磁吸波材料。复合电磁吸波材料。

【技术实现步骤摘要】
一种陶瓷/石墨烯气凝胶吸波材料及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及功能材料
，特别是涉及一种陶瓷/石墨烯气凝胶吸波材料及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]随着信息技术特别是微波通信技术的飞速发展，存在于我们环境中的电磁辐射污染已成为一个不容忽视的问题，它不仅对人类健康造成危害，还会干扰电子设备的运行。与此同时，随着现代电子对抗技术的迅猛发展，电磁波吸收材料引起了军事学家越来越广泛的重视。因此研发高性能的电磁波吸收材料刻不容缓。
[0003]目前国内外的电磁波吸收材料主要包括陶瓷吸波材料、碳吸波材料和铁氧体吸波材料等主要几类。铁氧体吸波材料在高温下会失去磁性，进而丧失吸波性能，这极大的限制了其应用。而陶瓷基吸波材料往往重量较大，这也不利于其广泛应用。碳吸波材料(碳球、多孔碳、碳纳米管、石墨烯和还原石墨烯氧化物等)因为其重量轻、成本低和导电性好等优点，已经成为应用最广泛的电磁波吸收材料。但是单一的碳材料仍存在一些问题，比如单一碳吸波材料的介电常数往往比空气的高，阻抗匹配差，致使电磁波传播至材料表面时更偏向发生反射而难以进入被吸收，导致单一的碳吸波材料的吸波性能较差。
[0004]石墨烯材料以其独特的二维结构和超低密度、高比表面积、优异的环境稳定性等优异性能受到广泛关注。然而，因为石墨烯的介电常数比空气的高，阻抗匹配差，使得大多数电磁波在入射到石墨烯表面时难以被吸收，导致其较差的吸波性能。因此，提供一种陶瓷/石墨烯气凝胶吸波材料及其制备方法，改善石墨烯材料的吸波性能，对于吸波材料领域具有重要意义。

技术实现思路

[0005]基于上述内容，本专利技术提供一种陶瓷/石墨烯气凝胶吸波材料及其制备方法和应用，改善石墨烯的吸波性能。
[0006]为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：
[0007]本专利技术技术方案之一，一种陶瓷/石墨烯气凝胶吸波材料，所述陶瓷/石墨烯气凝胶吸波材料包括含有N原子掺杂取代部分C原子位置的石墨烯片层相互交错连接而形成的石墨烯网状结构和锂铝硅陶瓷颗粒；
[0008]所述锂铝硅陶瓷颗粒分散在所述石墨烯网状结构表面。
[0009]进一步地，所述锂铝硅陶瓷颗粒的粒径为60
‑
80nm。
[0010]本专利技术技术方案之二，上述的陶瓷/石墨烯气凝胶吸波材料的制备方法，包括以下步骤：
[0011]将锂铝硅凝胶粉体加入到水中分散均匀得到陶瓷粉分散液；
[0012]将氧化石墨烯与所述陶瓷粉分散液混合后用水稀释，与N前驱体混合均匀，得到混合溶液；
[0013]将所述混合溶液进行水热反应，水热反应的产物与水置换后进行冷冻干燥处理，得到所述陶瓷/石墨烯气凝胶吸波材料。
[0014]进一步地，水热反应前还包括将所述混合溶液放在磁力搅拌器中搅拌的步骤。搅拌的目的是使氧化石墨烯与所述陶瓷粉混合均匀。
[0015]进一步地，所述混合溶液中锂铝硅凝胶粉体、氧化石墨烯、N前驱体与水的质量体积比为1.5
‑
2.5g:2
‑
3g:0.5
‑
1.5g:70
‑
90mL。
[0016]进一步地，所述N前驱体为CO(NH2)2中的一种。
[0017]进一步地，水热反应的温度为160
‑
200℃，时间为14
‑
18h。
[0018]进一步地，所述冷冻干燥处理具体为：
‑
76℃，0.1Pa压力处理20
‑
28h。
[0019]进一步地，所述锂铝硅凝胶粉体的制备方法包括以下步骤：
[0020]将铝盐加入到水中得到铝盐溶液，加热所述铝盐溶液，边搅拌边向所述铝盐溶液中滴加氨水，直至形成勃母石溶胶；
[0021]将锂盐加入到水中得到锂盐溶液，将所述锂盐溶液加入到所述勃母石溶胶中搅拌均匀得到锂铝溶液；
[0022]将SiO2溶胶滴加到所述锂铝溶液中，搅拌得到锂铝硅溶胶；
[0023]将所述锂铝硅溶胶进行干燥处理得到锂铝硅前驱体粉末；
[0024]将所述锂铝硅前驱体粉末进行热处理得到所述锂铝硅凝胶粉体。
[0025]进一步地，所述铝盐溶液的浓度为1.5
‑
2.5mol/L；所述锂盐为LiNO3；所述锂盐溶液的浓度为1.5
‑
2.5mol/L；所述SiO2溶胶与所述铝盐、锂盐的质量摩尔比为400mg：1mol：1mol；所述干燥处理具体为90
‑
110℃干燥46
‑
50h；所述热处理具体为750
‑
850℃热处理10
‑
14h。
[0026]本专利技术技术方案之三，上述陶瓷/石墨烯气凝胶吸波材料在吸波领域的应用。
[0027]本专利技术主要从以下几个角度改善石墨烯材料的吸波性能：
[0028](1)采用水热发泡的方式，使石墨烯扩展成多孔的三维结构，提高了材料内部的空气填充率，这极大的改善了材料的阻抗匹配性能；三维网状结构可以促进电磁波在材料内部不断散射和反射，进而促进电磁波的衰减。
[0029](2)采用锂铝硅(Li2O
‑
Al2O3‑
SiO2,LAS)玻璃陶瓷与石墨烯进行复合。锂铝硅具有较低的介电常数和优异的透波性能，这在一定程度上也会改善石墨烯的阻抗匹配性能；锂铝硅与石墨烯复合后还会提供丰富的内界面，这也会提高材料体系内部电磁波的极化损耗能力。
[0030](3)采用氮原子杂化的方式提高材料体系的介电性能，氮原子掺杂有利于改善材料内部的电子运动状态，进而提高电磁波在材料内部的电导损耗能力。
[0031]本专利技术公开了以下技术效果：
[0032]本专利技术在锂铝硅(Li2O
‑
Al2O3‑
SiO2,LAS)微晶玻璃陶瓷和还原氧化石墨烯(rGO)的基础上，通过采用杂原子(氮原子)掺杂和水热的方式，合成了改性后的锂铝硅/石墨烯(N
‑
LAS/rGO)复合气凝胶吸波材料。本专利技术通过水热的方式，使层状的石墨烯片扩展为三维的网状结构，这种结构可以有效的促进导电网络的形成，同时提高了电磁波在材料内部的散射与反射能力；通过与锂铝硅进行复合，这不仅改善了材料的阻抗匹配性能，有利于电磁波进入材料内部，而且提供了丰富的内界面，使得电磁波极化损耗能力提高；通过引入杂原子
氮取代部分石墨烯中的C原子，进行掺杂改性，提高材料体系的介电性能，改善了材料内部电子的运动状态，有利于提高电磁波在材料内部的电导损耗，提高电磁波的吸收性能。
[0033]本专利技术制备的陶瓷/石墨烯气凝胶吸波材料(N
‑
LAS/rGO复合气凝胶吸波材料)形貌为石墨烯片层相互交错连接而形成的石墨烯网状结构，在这种结构上分散着微小的锂铝硅陶瓷颗粒，颗粒直径大约60
‑
80nm。本专利技术通过锂铝硅陶瓷调节还原氧化石墨烯的阻抗匹配性能，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种陶瓷/石墨烯气凝胶吸波材料，其特征在于，所述陶瓷/石墨烯气凝胶吸波材料包括含有N原子掺杂取代部分C原子位置的石墨烯片层相互交错连接而形成的石墨烯网状结构和锂铝硅陶瓷颗粒；所述锂铝硅陶瓷颗粒分散在所述石墨烯网状结构表面。2.根据权利要求1所述的一种陶瓷/石墨烯气凝胶吸波材料，其特征在于，所述锂铝硅陶瓷颗粒的粒径为60
‑
80nm。3.一种权利要求1所述的陶瓷/石墨烯气凝胶吸波材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将锂铝硅凝胶粉体加入到水中分散均匀得到陶瓷粉分散液；将氧化石墨烯与所述陶瓷粉分散液混合后用水稀释，与N前驱体混合均匀，得到混合溶液；将所述混合溶液进行水热反应，水热反应的产物与水置换后进行冷冻干燥处理，得到所述陶瓷/石墨烯气凝胶吸波材料。4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述混合溶液中锂铝硅凝胶粉体、氧化石墨烯、N前驱体与水的质量体积比为1.5
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2.5g:2
‑
3g：0.5
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1.5g:70
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90mL。5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述N前驱体为CO(NH2)2。6.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，水热反应的温度为160
‑
200℃，时间为14
‑
18h。7.根据权利要求3所...

【专利技术属性】
技术研发人员：夏龙，安煜，张嘉麒，张星宇，张瀚，李天天，王鑫宇，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学威海，
类型：发明
国别省市：