CN103951916A

CN103951916A - 一种rgo/氧化铁填充的聚偏氟乙烯复合吸波材料及其制备方法

Info

Publication number: CN103951916A
Application number: CN201410176439.XA
Authority: CN
Inventors: 陈德志; 权红英
Original assignee: Nanchang Hangkong University
Current assignee: Nanchang Hangkong University
Priority date: 2014-04-29
Filing date: 2014-04-29
Publication date: 2014-07-30
Anticipated expiration: 2034-04-29
Also published as: CN103951916B

Abstract

本发明公开了一种RGO/氧化铁填充的聚偏氟乙烯复合吸波材料及其制备方法，复合吸波材料包括RGO/氧化铁核壳结构纳米粒子、聚偏氟乙烯；RGO/氧化铁核壳结构纳米粒子中RGO与氧化铁质量比为20%﹕80%，复合吸波材料中RGO/氧化铁核壳结构纳米粒子为1～20%，聚偏氟乙烯为80-99%，本发明将RGO/氧化铁核壳结构纳米粒子填充到聚偏氟乙烯中，在无机纳米粒子质量比为5%时，无机/有机复合吸波材料厚度为2mm时的最大反射损耗在频率14Hz下达到-39.43dB，反射损耗低于-10dB的带宽达到6.0GHz(11.28～17.28GHz)。本发明的优点是：该复合吸波材料具有质量轻、耐腐蚀、吸波性能好，易加工等特点，同时制备方法简单，易实现工业化生产。

Description

一种RGO/氧化铁填充的聚偏氟乙烯复合吸波材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及无机/有机复合吸波材料及其制备方法，具体涉及一种RGO/氧化铁填充的聚偏氟乙烯复合吸波材料及其制备方法。

技术背景

雷达波吸收材料（简称吸波材料）的研究和应用是隐身技术发展的关键因素。随着雷达探测技术的不断发展，对吸波材料提出了巨大的挑战，迫切需要集“厚度薄、质量轻、频段宽、吸收强”等优点一身的多功能吸波材料。传统的吸波材料往往存在频带窄、密度大、匹配厚度大等缺点，很难满足上述综合要求。

石墨烯（graphene）是最近几年发展起来的一种由碳原子以sp2杂化键合而成的二维周期性蜂窝状点阵结构碳材料。石墨烯具有大量的电子通道，能有效把微波能量转化成热能，是一种潜在的轻质微波吸收材料[X. Sun, J. He, G. Li, J. Tang, T. Wang, Y. Guo and H. Xue, Journal of Materials Chemistry C 2013, 1, 765-777.]。利用石墨为原材料，通过化学氧化还原法，可以大规模制备石墨烯基纳米片RGO（又名：还原的氧化石墨烯）。基于其表面残留的含氧基团和缺陷以及适宜的导电性，相比较石墨、碳纳米管以及高质量石墨烯，RGO展示出更为优异的吸波特性[C. Wang, X. Han, P. Xu, X. Zhang, Y. Du, S. Hu, J. Wang and X. Wang, Applied Physics Letters 2011, 98, 072906.]。然而，由于片层间较强的范德华力，RGO易聚集，严重影响其性能。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术存在的问题，提供一种RGO/氧化铁填充的聚偏氟乙烯复合吸波材料，该材料具有质量轻、耐腐蚀、吸波性能好以及易加工的特点；制备方法简单，适合工业化生产。

本发明的技术方案是：一种RGO/氧化铁核壳结构纳米粒子填充的聚偏氟乙烯复合吸波材料，该材料包括：RGO/氧化铁核壳结构纳米粒子作为无机非金属填充剂、聚偏氟乙烯为聚合物基体；其特征在于各成份所占质量比为：RGO/氧化铁核壳结构纳米粒子1-20 %，聚偏氟乙烯80-99 %；所述的RGO/氧化铁纳米粒子中氧化铁是被RGO包裹着形成核壳结构；RGO的厚度为0.37 nm—5nm，结构为单层或多层；氧化铁的粒径为120 nm-200 nm，形状为多面体，结构为单晶。

本发明所述RGO/氧化铁核壳结构纳米粒子，包括：RGO纳米片层和氧化铁，其质量比为20% ﹕ 80%。

本发明优选的组成为RGO/氧化铁核壳结构纳米粒子5 %，聚偏氟乙烯95 %；该组成时，复合吸波材料在厚度为2 mm时的最大反射损耗在频率14 Hz下达到-39.43 dB，反射损耗低于-10 dB的带宽达到6.0 GHz (11.28～17.28 GHz)。

本发明所用的RGO/氧化铁核壳结构纳米粒子是简单的湿化学方法制备的，聚偏氟乙烯是工业产品，未经任何处理，所以这种复合材料制备简单、成本低廉，适合工业化生产。

本发明所述RGO/氧化铁核壳结构纳米粒子填充的聚偏氟乙烯复合吸波材料的具体制备方法：

步骤一：RGO/氧化铁核壳结构纳米粒子；在2 L三颈烧瓶中强力搅拌下，先后将0.555 g 聚吡咯烷酮和4 mL的80 wt % 水合肼溶液加入到1.5 L的 0.25 mg/ mL 氧化石墨烯溶液中，搅拌条件下加热至90 ℃并恒温反应2小时后加入30 mL 的2.5 M氯化铁溶液，然后升温至100 ℃恒温反应24小时，随后冷却至室温，通过过滤分离，并且用去离子水充分洗涤后60℃干燥24小时，收集黑色产物；

步骤二：按质量比称取1-20 %的RGO/氧化铁核壳结构纳米粒子和80-99 %的聚偏氟乙烯（各组份之和为100%），加入N, N二甲基甲酰胺，超声振荡1h，使RGO/氧化铁核壳结构纳米粒子和聚偏氟乙烯混合均匀后自然晾干；

步骤三：将步骤二所得的混合料装入模具中，在热压机上，180-200℃、10-20MPa下模压30min，再保压冷却，即制备出RGO/氧化铁核壳结构纳米粒子填充的聚偏氟乙烯复合吸波材料；

本发明的优点在于：（1）本发明所制备的复合材料具有独特的结构和理化性质，如：无机非金属填充剂RGO/氧化铁独特的核壳结构所具有的无机/无机界面以及RGO/聚偏氟乙烯间的无机/有机界面结构、RGO优异的导热性以及电导性以及RGO/氧化铁表面丰富的含氧基团以及未饱和的悬键均有利于电磁波的吸收和衰减；（2）该复合材料对2-18 GHz电磁波具有强而宽的电磁吸收效果；（3）该复合材料质量轻；（4）该复合材料中聚合物基体相含量高，复合材料的加工性能好，可以制备成所需要的形状。

附图说明

图1为本发明中RGO/氧化铁核壳结构SEM照片图。

图2为本发明实施例3中复合材料断面的SEM照片图。

图3为室温下实施例3中复合材料在厚度为2.0 mm时的电磁波反射衰减曲线。

具体实施方式

实施例1：制备RGO/氧化铁核壳结构纳米粒子质量比为1 wt %的复合材料，具体步骤如下：

（1）：制备RGO/氧化铁核壳结构纳米粒子；

（2）：按质量比称取1 %的RGO/氧化铁核壳结构纳米粒子和99 %的聚偏氟乙烯，加入N, N二甲基甲酰胺，超声振荡1h，使RGO/氧化铁核壳结构纳米粒子和聚偏氟乙烯混合均匀；

（3）：将以上所得的混合料装入模具中，在热压机上，180℃、15MPa下模压30min，再保压冷却，即制备出质量分数为1 % RGO/氧化铁核壳结构纳米粒子填充的聚偏氟乙烯复合吸波材料。

实施例2：制备Fe₂O₃纳米粒子质量比为2 %的复合材料，具体步骤如下：

（1）：制备RGO/氧化铁核壳结构纳米粒子；

（2）：按质量比称取2 %的RGO/氧化铁核壳结构纳米粒子和98 %的聚偏氟乙烯，加入N, N二甲基甲酰胺，超声振荡1h，使RGO/氧化铁核壳结构纳米粒子和聚偏氟乙烯混合均匀；

（3）：将以上所得的混合料装入模具中，在热压机上，180℃、15MPa下模压30min，再保压冷却，即制备出质量分数为2 % RGO/氧化铁核壳结构纳米粒子填充的聚偏氟乙烯复合吸波材料。

实施例3：制备RGO/氧化铁核壳结构纳米粒子质量比为5 %的复合材料，具体步骤如下：

（1）：制备RGO/氧化铁核壳结构纳米粒子；

（2）：按质量比称取5 %的RGO/氧化铁核壳结构纳米粒子和95 %的聚偏氟乙烯，加入N, N二甲基甲酰胺，超声振荡1h，使RGO/氧化铁核壳结构纳米粒子和聚偏氟乙烯混合均匀；

（3）：将以上所得的混合料装入模具中，在热压机上，180℃、15MPa下模压30min，再保压冷却，即制备出质量分数为5 % RGO/氧化铁核壳结构纳米粒子填充的聚偏氟乙烯复合吸波材料。

实施例4：制备RGO/氧化铁核壳结构纳米粒子质量比为10 %的复合材料，具体步骤如下：

（1）：制备RGO/氧化铁核壳结构纳米粒子；；

（2）：按质量比称取10 %的RGO/氧化铁核壳结构纳米粒子和90 %的聚偏氟乙烯，加入N, N二甲基甲酰胺，超声振荡1h，使RGO/氧化铁核壳结构纳米粒子和聚偏氟乙烯混合均匀；

（3）：将以上所得的混合料装入模具中，在热压机上，180℃、15MPa下模压30min，再保压冷却，即制备出质量分数为10 % RGO/氧化铁核壳结构纳米粒子填充的聚偏氟乙烯复合吸波材料。

实施例5：制备RGO/氧化铁核壳结构纳米粒子质量比为15 %的复合材料，具体步骤如下：

（1）：制备RGO/氧化铁核壳结构纳米粒子；

（2）：按质量比称取15 %的RGO/氧化铁核壳结构纳米粒子和85 %的聚偏氟乙烯，加入N, N二甲基甲酰胺，超声振荡1h，使RGO/氧化铁核壳结构纳米粒子和聚偏氟乙烯混合均匀；

（3）：将以上所得的混合料装入模具中，在热压机上，180℃、15MPa下模压30min，再保压冷却，即制备出质量分数为15 % RGO/氧化铁核壳结构纳米粒子填充的聚偏氟乙烯复合吸波材料。

实施例6：制备RGO/氧化铁核壳结构纳米粒子质量比为20 %的复合材料，具体步骤如下：

（1）：制备RGO/氧化铁核壳结构纳米粒子；

（2）：按质量比称取20 %的RGO/氧化铁核壳结构纳米粒子和80 %的聚偏氟乙烯，加入N, N二甲基甲酰胺，超声振荡1h，使RGO/氧化铁核壳结构纳米粒子和聚偏氟乙烯混合均匀；

（3）：将以上所得的混合料装入模具中，在热压机上，180℃、15MPa下模压30min，再保压冷却，即制备出质量分数为20 % RGO/氧化铁核壳结构纳米粒子填充的聚偏氟乙烯复合吸波材料。

Claims

1.一种RGO/氧化铁填充的聚偏氟乙烯复合吸波材料，它包括：RGO/氧化铁核壳结构纳米粒子作为无机非金属填充剂、聚偏氟乙烯为聚合物基体；其特征在于：各成份所占质量比为：RGO/氧化铁核壳结构纳米粒子1-20 %，聚偏氟乙烯80-99 %；所述的RGO/氧化铁纳米粒子中氧化铁是被RGO包裹着形成核壳结构；RGO的厚度为0.37 nm—5nm，结构为单层或多层；氧化铁的粒径为120 nm-200 nm，形状为多面体，结构为单晶。

2.根据权利要求1所述的一种RGO/氧化铁填充的聚偏氟乙烯复合吸波材料，其特征在于：所述RGO/氧化铁核壳结构纳米粒子，包括RGO纳米片层和氧化铁，其质量比为20% ﹕ 80%。

3.一种根据权利要求1所述RGO/氧化铁填充的聚偏氟乙烯复合吸波材料的制备方法，其特征在于方法步骤如下：

无机RGO/氧化铁核壳结构纳米粒子的制备方法；

将上述制备好的无机纳米粒子与有机高分子聚偏氟乙烯混合。

4.根据权利要求3所述的一种RGO/氧化铁填充的聚偏氟乙烯复合吸波材料的制备方法，其特征在于：所述步骤（1）中的制备方法为：在2 L三颈烧瓶中强力搅拌下，先后将0.555 g 聚吡咯烷酮和4 mL的80 % 水合肼溶液加入到1.5 L的 0.25 mg/ mL 氧化石墨烯溶液中，搅拌条件下加热至90 ℃并恒温反应2小时后加入30 mL 的2.5 M氯化铁溶液，然后升温至100 ℃恒温反应24小时，随后冷却至室温，通过过滤分离，并且用去离子水充分洗涤后60℃干燥24小时，收集黑色产物。