本發(fā)明涉及寬頻電磁波吸收材料，具體涉及一種基于聚苯胺石墨烯三維多孔結(jié)構(gòu)的寬頻吸波材料。

背景技術(shù)：

伴隨遙感測繪、移動(dòng)通信、無線網(wǎng)絡(luò)和雷達(dá)探測等信息技術(shù)的快速發(fā)展與普及，導(dǎo)致地表電磁輻射激增，對人類身體健康和電子設(shè)備的高效穩(wěn)定運(yùn)行構(gòu)成嚴(yán)重威脅。研究數(shù)據(jù)表明，處于高頻電磁場中的正常成人，經(jīng)受一定強(qiáng)度與時(shí)間的暴露，將產(chǎn)生身體不適感。嚴(yán)重者會(huì)引起神經(jīng)衰弱、植物神經(jīng)機(jī)能紊亂，視覺器官收到嚴(yán)重灼傷，同時(shí)生育機(jī)能也呈現(xiàn)顯著不良病象。

其次，電子電路系統(tǒng)的高度集成化，對電磁兼容提出了更高的要求。傳統(tǒng)吸波材料頻帶窄，吸收強(qiáng)度差，無法滿足多頻帶、高性能設(shè)備的工作需求。此外新型移動(dòng)端電子設(shè)備的快速普及，對吸波材料的重量提出更高的要求，而傳統(tǒng)吸波材料，如磁性金屬、金屬氧化物和陶瓷材料等，密度基本都在3.0g/cm³以上，無法滿足設(shè)備減重的需求。

再者，新型武器裝備對于吸波材料的需求，愈發(fā)重視“吸收強(qiáng)、頻帶寬、重量輕、厚度薄”等技術(shù)指標(biāo)，傳統(tǒng)吸波材料在這些指標(biāo)方面已經(jīng)無法良好兼顧。

綜合上述，開發(fā)一種輕質(zhì)寬頻吸波材料將對未來電磁波應(yīng)用和防治領(lǐng)域產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是針對上述現(xiàn)有電磁波吸收材料存在的不足，提出一種基于聚苯胺石墨烯三維多孔結(jié)構(gòu)的寬頻電磁波吸收材料。

實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的技術(shù)方案:

(1)將單層氧化石墨烯加入有機(jī)溶劑當(dāng)中，經(jīng)攪拌超聲處理0.5～1h，使單層氧化石墨烯均勻分散，單層氧化石墨烯的濃度為0.2～2.0mg/ml；

(2)將導(dǎo)電態(tài)聚苯胺加入到有機(jī)溶劑當(dāng)中，經(jīng)攪拌超聲處理0.5～1h，使導(dǎo)電態(tài)聚苯胺均勻分散，導(dǎo)電態(tài)聚苯胺的濃度為0.1～1.0mg/ml；

(3)將導(dǎo)電態(tài)聚苯胺溶液加入到單層氧化石墨烯溶液當(dāng)中，經(jīng)攪拌混合至均勻，導(dǎo)電態(tài)聚苯胺與單層氧化石墨烯質(zhì)量比在0.1～10之間；

(4)將步驟(3)所得的分散體系裝入反應(yīng)釜內(nèi)，密封后放入加熱烘箱內(nèi)，于150～250℃下反應(yīng)12～24h，待反應(yīng)釜外壁溫度降至室溫后，打開反應(yīng)釜，將所得產(chǎn)物聚苯胺石墨烯三維多孔結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)移出來；

(5)用水置換出步驟(4)所得的聚苯胺石墨烯三維多孔結(jié)構(gòu)中的有機(jī)溶劑；

(6)在-40～-80℃溫度、壓力小于或等于100pa低壓的環(huán)境里除去步驟(5)所得聚苯胺石墨烯三維多孔結(jié)構(gòu)中的水；

(7)將步驟(6)得到的聚苯胺石墨烯三維多孔結(jié)構(gòu)在惰性氣氛、100～400℃焙燒1～4h。

該電磁波吸收材料的密度為1.6～25mg/cm³。

其步驟(1)所述的單層氧化石墨烯是指由分子骨架由單層碳原子按照六邊形晶格排列而成，并含有含氧官能團(tuán)的二維平面材料；所述的單層氧化石墨烯的單片面積為1～6400μm²之間，厚度為0.3～3.0nm，氧含量為10～80wt％，含氧官能團(tuán)為羥基、羧基或環(huán)氧鍵中的一種或多種。

步驟(1)所述的有機(jī)溶劑為甲醇、乙醇、乙二醇、異丙醇或丁酮中的一種或一種以上混合物。

其步驟(2)所述的導(dǎo)電態(tài)聚苯胺粒徑在10～50μm之間，純度大于99％，電導(dǎo)率約為2s/cm，摻雜率摩爾比大于30％。

步驟(2)所述的有機(jī)溶劑為甲醇、乙醇、乙二醇、異丙醇或丁酮中的一種或一種以上混合物。

本發(fā)明的效果在于：

該吸收材料對4～18ghz頻帶內(nèi)的入射電磁波具有顯著的吸收效果，且密度不超過25mg/cm³，厚度和面積可控。

本發(fā)明所述的電磁波吸收材料的密度遠(yuǎn)小于羰基鐵、炭黑、碳纖維等吸波材料，每立方米總質(zhì)量不超過25g；對于頻率范圍在6～18ghz的微波，該電磁波吸收材料的反射率均在-10db以下。

本發(fā)明通過調(diào)控步驟3中單層氧化石墨烯和聚苯胺的質(zhì)量比，可以使電磁波吸收材料的密度在1.6～25mg/cm³之間調(diào)整，吸波性能也發(fā)生變化。

本發(fā)明通過調(diào)控步驟4中反應(yīng)容器的尺寸，可以改變電磁波吸收材料的面積和厚度；厚度改變，同樣工藝得到的材料吸波性能也發(fā)生變化；理論上，通過控制反應(yīng)容器的尺寸，可以得到各種尺寸的聚苯胺石墨烯三維多孔結(jié)構(gòu)。

本發(fā)明通過調(diào)控步驟7的焙燒溫度和焙燒時(shí)間，可以使電磁波吸收材料的密度在1.6～25mg/cm³之間調(diào)整，吸波性能也發(fā)生變化。

本發(fā)明通過調(diào)節(jié)焙燒溫度和焙燒時(shí)間，可以有效地改變吸波材料的吸收帶寬和吸收強(qiáng)度。

附圖說明

圖1為本發(fā)明所述的基于聚苯胺石墨烯三維多孔結(jié)構(gòu)的寬頻電磁波吸收材料的掃描電鏡圖。

圖2為實(shí)施例1中基于聚苯胺石墨烯三維多孔結(jié)構(gòu)的寬頻電磁波吸收材料在2～18ghz頻帶范圍的反射率曲線。

圖3為實(shí)施例2中基于聚苯胺石墨烯三維多孔結(jié)構(gòu)的寬頻電磁波吸收材料在2～18ghz頻帶范圍的反射率曲線。

圖4為實(shí)施例3中基于聚苯胺石墨烯三維多孔結(jié)構(gòu)的寬頻電磁波吸收材料在2～18ghz頻帶范圍的反射率曲線。

圖5為實(shí)施例4中基于聚苯胺石墨烯三維多孔結(jié)構(gòu)的寬頻電磁波吸收材料在2～18ghz頻帶范圍的反射率曲線。

圖6為實(shí)施例5中基于聚苯胺石墨烯三維多孔結(jié)構(gòu)的寬頻電磁波吸收材料在2～18ghz頻帶范圍的反射率曲線。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對本發(fā)明所述的基于聚苯胺石墨烯三維多孔結(jié)構(gòu)的寬頻電磁波吸收材料作進(jìn)一步描述。

本發(fā)明所述的一種基于聚苯胺石墨烯三維多孔結(jié)構(gòu)的電磁波吸收材料，其由聚苯胺改性的石墨烯復(fù)合宏觀體在惰性氣氛下、100～400℃焙燒1～4h獲得；該電磁波吸收材料的密度為1.6～25mg/cm³，厚度為1～30mm，面積為1～314cm²。

如上所述的一種基于聚苯胺石墨烯三維多孔結(jié)構(gòu)的電磁波吸收材料，其所述的聚苯胺改性的石墨烯復(fù)合宏觀體如下制備方法獲得：

(1)將單層氧化石墨烯加入有機(jī)溶劑當(dāng)中，經(jīng)攪拌超聲處理0.5～1h，使單層氧化石墨烯均勻分散，單層氧化石墨烯的濃度為0.2～2.0mg/ml；

(2)將導(dǎo)電態(tài)聚苯胺加入到有機(jī)溶劑當(dāng)中，經(jīng)攪拌超聲處理0.5～1h，使聚苯胺均勻分散，聚苯胺的濃度為0.1～1.0mg/ml；

(3)將聚苯胺溶液加入到氧化石墨烯溶液當(dāng)中，經(jīng)攪拌混合至均勻；

(4)將步驟(3)所得的分散體系裝入反應(yīng)釜內(nèi)，密封后放入加熱烘箱內(nèi)，于150～250℃下反應(yīng)12～24h，待反應(yīng)釜外壁溫度降至室溫后，打開反應(yīng)釜，將所得產(chǎn)物聚苯胺石墨烯三維多孔結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)移出來；

(5)用水置換出步驟(4)所得的聚苯胺石墨烯三維多孔結(jié)構(gòu)中的有機(jī)溶劑；

(6)在-40～-80℃溫度、壓力小于或等于100pa低壓的環(huán)境里除去步驟(5)所得聚苯胺石墨烯三維多孔結(jié)構(gòu)中的水，掃描電鏡如圖1所示；

如上所述的一種基于聚苯胺石墨烯三維多孔結(jié)構(gòu)的寬頻電磁波吸收材料，其步驟(1)所述的單層氧化石墨烯是指由分子骨架由單層碳原子按照六邊形晶格排列而成，并含有含氧官能團(tuán)的二維平面材料；所述的單層氧化石墨烯的單片面積為1～6400μm²之間，厚度為0.3～3.0nm，氧含量為10～80wt％，含氧官能團(tuán)為羥基、羧基或環(huán)氧鍵中的一種或多種；步驟(1)所述的有機(jī)溶劑為甲醇、乙醇、乙二醇、異丙醇或丁酮中的一種或一種以上混合物。

如上所述的一種基于聚苯胺石墨烯三維多孔結(jié)構(gòu)的寬頻電磁波吸收材料，其步驟(2)所述的導(dǎo)電態(tài)聚苯胺粒徑在10～50μm之間，純度大于99％，電導(dǎo)率約為2s/cm，摻雜率大于30％(摩爾比)。步驟(2)所述的有機(jī)溶劑為甲醇、乙醇、乙二醇、異丙醇或丁酮中的一種或一種以上混合物。

本發(fā)明實(shí)施例中對基于聚苯胺石墨烯三維多孔結(jié)構(gòu)的寬頻電磁波吸收材料的相關(guān)性能測試所使用的測試儀器如下：

微波反射損耗率測試：采用弓形法測試系統(tǒng)，電磁波入射角度為8°，測試頻率2～18ghz。

實(shí)施例1

本發(fā)明所述的一種基于聚苯胺石墨烯三維多孔結(jié)構(gòu)的寬頻電磁波吸收材料，其制備步驟如下：

(1)將單層氧化石墨烯加入異丙醇中，經(jīng)攪拌超聲處理1h，得到濃度為0.6mg/ml的單層氧化石墨烯/異丙醇均勻分散體系。單層氧化石墨烯的面積為900μm²，厚度為0.8nm，含氧量約為50wt％，主要官能團(tuán)為羧基、羥基和環(huán)氧基團(tuán)；

(2)將導(dǎo)電態(tài)聚苯胺加入到異丙醇中，經(jīng)攪拌超聲處理1h，得到濃度為0.2mg/ml的聚苯胺/異丙醇均勻分散體系；

(3)將聚苯胺溶液加入到氧化石墨烯溶液當(dāng)中，攪拌混合1h，得到均勻分散的聚苯胺/氧化石墨烯/異丙醇混合體系，聚苯胺與單層氧化石墨烯的質(zhì)量比為0.3；

(4)將步驟(3)所得分散體系轉(zhuǎn)移到反應(yīng)釜內(nèi)于180℃下反應(yīng)15h，得到內(nèi)部充滿異丙醇的聚苯胺石墨烯三維多孔結(jié)構(gòu)；

(5)用水置換出步驟(4)所得三維多孔結(jié)構(gòu)里的異丙醇，得到內(nèi)部充滿水的聚苯胺石墨烯三維多孔結(jié)構(gòu)；

(6)在-50℃溫度、40pa低壓的環(huán)境里除去步驟(5)所得三維多孔結(jié)構(gòu)里的水；

(7)在氬氣氣氛下，對步驟(6)得到的三維多孔結(jié)構(gòu)進(jìn)行300℃焙燒1h，得到最終電磁波吸收材料，厚度為7mm，密度為1.8mg/cm³。

測試結(jié)果見圖2。

實(shí)施例2

本發(fā)明所述的一種基于聚苯胺石墨烯三維多孔結(jié)構(gòu)的寬頻電磁波吸收材料，其制備步驟如下：

(1)將單層氧化石墨烯加入乙醇中，經(jīng)攪拌超聲處理1h，得到濃度為0.8mg/ml的單層氧化石墨烯/乙醇均勻分散體系。單層氧化石墨烯的面積為1600μm²，厚度為0.9nm，含氧量為70wt％，主要官能團(tuán)為羧基、羥基和環(huán)氧基團(tuán)；

(2)將導(dǎo)電態(tài)聚苯胺加入到乙醇中，經(jīng)攪拌超聲處理1h，得到濃度為0.4mg/ml的聚苯胺/乙醇均勻分散體系；

(3)將聚苯胺溶液加入到氧化石墨烯溶液當(dāng)中，攪拌混合1h，得到均勻分散的聚苯胺/氧化石墨烯/乙醇混合體系，聚苯胺與單層氧化石墨烯的質(zhì)量比為0.6；

(4)將步驟(3)所得分散體系轉(zhuǎn)移到反應(yīng)釜內(nèi)于180℃下反應(yīng)12h，得到內(nèi)部充滿乙醇的聚苯胺石墨烯三維多孔結(jié)構(gòu)；

(5)用水置換出步驟(4)所得三維多孔結(jié)構(gòu)里的乙醇，得到內(nèi)部充滿水的聚苯胺石墨烯三維多孔結(jié)構(gòu)；

(6)在-50℃溫度、40pa低壓的環(huán)境里除去步驟(5)所得三維多孔結(jié)構(gòu)里的水；

(7)在氬氣氣氛下，對步驟(6)得到的三維多孔結(jié)構(gòu)進(jìn)行200℃焙燒2h，得到最終電磁波吸收材料，厚度為9mm，密度3.1mg/cm³。

測試結(jié)果見圖3。

實(shí)施例3

本發(fā)明所述的一種基于聚苯胺石墨烯三維多孔結(jié)構(gòu)的寬頻電磁波吸收材料，其制備步驟如下：

(1)將單層氧化石墨烯加入丁酮中，經(jīng)攪拌超聲處理1h，得到濃度為1.2mg/ml的單層氧化石墨烯/丁酮均勻分散體系。單層氧化石墨烯的面積為2500μm²，厚度為1.3nm，含氧量為30wt％，主要官能團(tuán)為羧基、羥基和環(huán)氧基團(tuán)；

(2)將導(dǎo)電態(tài)聚苯胺加入到丁酮中，經(jīng)攪拌超聲處理1h，得到濃度為0.8mg/ml的聚苯胺/丁酮均勻分散體系；

(3)將聚苯胺溶液加入到氧化石墨烯溶液當(dāng)中，攪拌混合1h，得到均勻分散的聚苯胺/氧化石墨烯/丁酮混合體系，聚苯胺與單層氧化石墨烯的質(zhì)量比為1.0；

(4)將步驟(3)所得分散體系轉(zhuǎn)移到反應(yīng)釜內(nèi)于160℃下反應(yīng)15h，得到內(nèi)部充滿丁酮的聚苯胺石墨烯三維多孔結(jié)構(gòu)；

(5)用水置換出步驟(4)所得三維多孔結(jié)構(gòu)里的丁酮，得到內(nèi)部充滿水的聚苯胺石墨烯三維多孔結(jié)構(gòu)；

(6)在-80℃溫度、10pa低壓的環(huán)境里除去步驟(5)所得三維多孔結(jié)構(gòu)里的水；

(7)在氬氣氣氛下，對步驟(6)得到的三維多孔結(jié)構(gòu)進(jìn)行300℃焙燒2h，得到最終電磁波吸收材料，厚度為12mm，密度為5.2mg/cm³。

測試結(jié)果見圖4。

實(shí)施例4

本發(fā)明所述的一種基于聚苯胺石墨烯三維多孔結(jié)構(gòu)的寬頻電磁波吸收材料，其制備步驟如下：

(1)將單層氧化石墨烯加入丙酮中，經(jīng)攪拌超聲處理1h，得到濃度為1.0mg/ml的單層氧化石墨烯/丙酮均勻分散體系。單層氧化石墨烯的面積為3600μm²，厚度為1.6nm，含氧量為50wt％，主要官能團(tuán)為羧基、羥基和環(huán)氧基團(tuán)；

(2)將導(dǎo)電態(tài)聚苯胺加入到丙酮中，經(jīng)攪拌超聲處理1h，得到濃度為1.0mg/ml的聚苯胺/丙酮均勻分散體系；

(3)將聚苯胺溶液加入到氧化石墨烯溶液當(dāng)中，攪拌混合1h，得到均勻分散的聚苯胺/氧化石墨烯/丙酮混合體系，聚苯胺與單層氧化石墨烯的質(zhì)量比為3；

(4)將步驟(3)所得分散體系轉(zhuǎn)移到反應(yīng)釜內(nèi)于150℃下反應(yīng)24h，得到內(nèi)部充滿丙酮的聚苯胺石墨烯三維多孔結(jié)構(gòu)；

(5)用水置換出步驟(4)所得三維多孔結(jié)構(gòu)里的丙酮，得到內(nèi)部充滿水的聚苯胺石墨烯三維多孔結(jié)構(gòu)；

(6)在-80℃溫度、10pa低壓的環(huán)境里除去步驟(5)所得三維多孔結(jié)構(gòu)里的水；

(7)在氬氣氣氛下，對步驟(6)得到的三維多孔結(jié)構(gòu)進(jìn)行200℃焙燒2h，得到最終電磁波吸收材料，厚度為13mm，密度為8.7mg/cm³。

測試結(jié)果見圖5。

實(shí)施例5

本發(fā)明所述的一種基于聚苯胺石墨烯三維多孔結(jié)構(gòu)的寬頻電磁波吸收材料，其制備步驟如下：

(1)將單層氧化石墨烯加入甲醇中，經(jīng)攪拌超聲處理1h，得到濃度為0.4mg/ml的單層氧化石墨烯/甲醇均勻分散體系。單層氧化石墨烯的面積為1600μm²，厚度為0.6nm，含氧量為60wt％，主要官能團(tuán)為羧基、羥基和環(huán)氧基團(tuán)；

(2)將導(dǎo)電態(tài)聚苯胺加入到乙醇中，經(jīng)攪拌超聲處理1h，得到濃度為1.0mg/ml的聚苯胺/乙醇均勻分散體系；

(3)將聚苯胺溶液加入到氧化石墨烯溶液當(dāng)中，攪拌混合1h，得到均勻分散的聚苯胺/氧化石墨烯混合體系，聚苯胺與單層氧化石墨烯的質(zhì)量比為6；

(4)將步驟(3)所得分散體系轉(zhuǎn)移到反應(yīng)釜內(nèi)于200℃下反應(yīng)12h，得到內(nèi)部充滿甲醇的聚苯胺石墨烯三維多孔結(jié)構(gòu)；

(5)用水置換出步驟(4)所得三維多孔結(jié)構(gòu)里的有機(jī)溶劑，得到內(nèi)部充滿水的聚苯胺石墨烯三維多孔結(jié)構(gòu)；

(6)在-50℃溫度、20pa低壓的環(huán)境里除去步驟(5)所得三維多孔結(jié)構(gòu)里的水；

(7)在氬氣氣氛下，對步驟(6)得到的三維多孔結(jié)構(gòu)進(jìn)行200℃焙燒1h，得到最終電磁波吸收材料，厚度為4mm，密度為13.4mg/cm³。

測試結(jié)果見圖6。

本發(fā)明實(shí)施例只用于對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步的說明，不能理解為對本發(fā)明保護(hù)范圍的限制，本領(lǐng)域的技術(shù)人員根據(jù)上述本發(fā)明的內(nèi)容做出一些非本質(zhì)的改進(jìn)和調(diào)整，均屬本發(fā)明保護(hù)范圍。