一种介孔钡铁氧体/石墨烯复合吸波材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及吸波材料技术领域，尤其是涉及一种介孔钡铁氧体/石墨烯复合吸波材料及其制备方法。

背景技术

近年来，随着卫星通信和宽带雷达等电子通信技术的快速发展，电磁辐射不仅会对的人类身体健康产生巨大影响还会对电气元件的功能和寿命产生巨大的。因此，治理和防止电磁辐射引起了人们的高度关注。特别是，具有磁铅石型结构的钡铁氧体(BaFe

而石墨烯，凭借其特殊的2D结构，并且具备质量轻、热稳定性高、化学稳定性强和载流子迁移率高的特点，在微波吸收材料领域也显示出巨大的应用潜力；其中通过化学还原法制备的还原石墨烯具有丰富的缺陷并伴随羟基、羧基和环氧基等含氧官能团，有利于电磁波的吸收。然而，单一的石墨烯损耗机制单一，造成阻抗匹配性差，电磁波很难完全进入到吸波体内，导致纯石墨烯很难实现有效的电磁波衰减。因此，将铁氧体与石墨烯复合，会产生介电损耗和磁性损耗的协同效应，在起到减重的同时还能有效提高铁氧体吸波性能。

虽然与石墨稀的复合，起到了明显的减重提效作用，但钡铁氧体自身的潜能并未得到有效释放。为此，我们想到在钡铁氧体内部引入孔道结构，达到自身减重的同时，该孔道结构的存在，还能耦合、强化与石墨烯的复合过程，进一步放大减重提效结果。为制备具有轻质、高强、宽吸收，化学稳定性好、成本低、合成工艺简单的电磁波吸收材料开辟新路。

发明内容

本发明针对现有钡铁氧体材料在实际应用时存在的不足，研发了一种廉价的、可重复性高的制备高有序度介孔钡铁氧体/石墨烯复合吸波材料及其方法。

材料的合成步骤如下：

室温下，将一定比例的钡盐，铁盐，有机酸，加入到水中搅拌均匀，得到金属源前体溶液，随后在该溶液中加入适量的混合阴阳离子表面活性剂，得到混合液，在该混合液中滴加氨水，调节PH到5-11，然后，50-90℃水浴加热搅拌3-8h后，将其放置在电炉上加热，进行自蔓延燃烧，生成树枝状粉末后，即得到介孔钡铁氧体的前驱体。将该前驱体在马弗炉550-900℃焙烧2-6h，即得到具有高度有序孔道结构的介孔钡铁氧体粉末。随后，将制备好的介孔钡铁氧体粉末加入至利用Hummers法制备的浓度为0.3-1mg/ml氧化石墨水溶液中，滴加适量的水合肼，使水合肼浓度为30-60mg/ml，室温搅拌0.5-1.5h后，装入水热反应釜，在150-200℃之间，水热还原反应8-14h，产物通过水洗、过滤，50-100℃干燥12-48h后，即得到介孔钡铁氧体/石墨烯复合材料。

上述合成过程中的物料比和反应条件为：

(1)钡离子与铁离子的摩尔比为1:10～13，金属离子与有机酸的摩尔比为1:1～5，钡盐的摩尔浓度为0.04-0.12mol/L。

(2)阴离子表面活性剂与阳离子表面活性剂之间的摩尔比为：1:0.1～0.5。阴离子表面活性剂与钡盐的摩尔比为：1:1～6

(3)氧化石墨与介孔钡铁氧体的质量比为1:5～30

样品的表征结果表明：所得介孔钡铁氧体样品X光衍射图高角区域衍射峰与钡铁氧体标准谱图高度吻合，在小角区域，样品出现了有序介孔结构的特征衍射峰，表明样品为高孔道有序度的介孔钡铁氧体，而非无序堆积的钡铁氧体。样品的氮吸附和扫描电镜图(SEM)结果进一步证实了这一点，介孔钡铁氧体的比表面积为24.3m

附图说明

图1是实施案例1中介孔钡铁氧体粉末的高角X射线衍射图光谱。

图2是实施案例1中介孔钡铁氧体粉末的小角X射线衍射图光谱。

图3是实施案例1中介孔钡铁氧体粉末的SEM图。

图4是实施案例1中介孔钡铁氧体/石墨烯复合吸波材料的吸波性能曲线。

具体实施方法

本发明提供了一种介孔钡铁氧体/石墨烯复合吸波材料及其制备方法，下面结合附图和具体实施方法对本发明做进一步描述。

实施例1

室温下，将一定比例的无机钡盐硝酸钡，无机铁盐九水合硝酸铁，柠檬酸，加入到水中搅拌均匀，得到金属源前体溶液，其中钡离子与铁离子摩尔比为1:10，金属离子与柠檬酸摩尔比为1:3，钡盐的摩尔浓度为0.08mol/L。随后，在此金属源前体溶液中加入阴离子表面活性剂十二烷基硫酸钠及阳离子表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵，且两者之间的摩尔比为：1:0.3，阴离子表面活性剂与钡盐的摩尔比为：1:1，然后向该混合液中滴加氨水调节PH＝8，90℃水浴搅拌3h，成溶胶后，将其放置在电炉上加热进行自蔓延燃烧，生成树枝状的粉末，即为，介孔钡铁氧体前驱体，将该前驱体放置在马弗炉中700℃下焙烧4h，即得到介孔钡铁氧体粉末。该样品的X射线衍射图谱见图1，图2；扫面电镜见图3.

将所得到的介孔钡铁氧体与利用Hummers法制备的氧化石墨水分散液(浓度为1mg/ml)，进行混合，氧化石墨与介孔铁氧体质量比为1:20。随后滴加水合肼，并将其浓度控制为50mg/ml，室温搅拌1h后，将该混合溶液倒入水热反应釜，在180℃下水热反应12h。待反应釜充分冷却后，将料液倒出，经水洗、过滤后，在80℃干燥18h后，即得到介孔钡铁氧体/石墨烯复合材料。该材料的吸波性能如图4。

实施例2

合成步骤类同实施例1，只是将钡盐改为有机钡盐醋酸钡，铁盐改为有机铁盐醋酸铁，钡离子与铁离子摩尔比改为1:13，金属离子与柠檬酸摩尔比改为1:1，钡盐的摩尔浓度改为0.04mol/L。阴离子表面活性剂改为十二烷基苯磺酸钠，阳离子表面活性剂改为十八烷基三甲基溴化铵，且两者之间的摩尔比改为：1:0.1，阴离子表面活性剂与钡盐的摩尔比改为：1:6，添加完混合表面活性剂的混合液PH改为5，水浴条件改为70℃搅拌7h。介孔钡铁氧体前驱体，焙烧条件改为：550℃下焙烧6h。

在介孔钡铁氧体与氧化石墨复合过程中，氧化石墨水分散液浓度改为0.3mg/m，氧化石墨与介孔铁氧体质量比改为1:5。水合肼浓度改为30mg/ml，水热条件改为：150℃下水热反应14h。干燥条件改为：在50℃干燥48h。

实施例3

合成步骤类同实施例1，只是将钡盐改为有机钡盐草酸钡，铁盐改为无机铁盐氯化铁，有机酸改为己二酸，钡离子与铁离子摩尔比改为1:12，金属离子与己二酸摩尔比改为1:2，钡盐的摩尔浓度改为0.1mol/L。阴离子表面活性剂改为十二烷基磺酸钠，阳离子表面活性剂改为十六烷基三甲基氯化铵，且两者之间的摩尔比改为：1:0.2，阴离子表面活性剂与钡盐的摩尔比改为：1:4，添加完混合表面活性剂的混合液PH改为9，水浴条件改为50℃搅拌8h。介孔钡铁氧体前驱体，焙烧条件改为：900℃下焙烧2h。

在介孔钡铁氧体与氧化石墨复合过程中，氧化石墨水分散液浓度改为0.5mg/m，氧化石墨与介孔铁氧体质量比改为1:15。水合肼浓度改为40mg/ml，水热条件改为：170℃下水热反应13h。干燥条件改为：在100℃干燥12h。

实施例4

合成步骤类同实施例1，只是将钡盐改为无机钡盐氯化钡，铁盐改为有机铁盐草酸铁，有机酸改为草酸，钡离子与钡离子摩尔比改为1:11，金属离子与草酸摩尔比改为1:5，钡盐的摩尔浓度改为0.12mol/L。阴离子表面活性剂改为十二烷基羧酸钠，阳离子表面活性剂改为十六烷基三甲基氯化铵，且两者之间的摩尔比改为：1:0.4，阴离子表面活性剂与钡盐的摩尔比改为：1:3，添加完混合表面活性剂的混合液PH改为11，水浴条件改为80℃搅拌5h。介孔钡铁氧体前驱体，焙烧条件改为：750℃下焙烧3h。

在介孔钡铁氧体与氧化石墨复合过程中，氧化石墨水分散液浓度改为0.8mg/m，氧化石墨与介孔铁氧体质量比改为1:10。水合肼浓度改为60mg/ml，水热条件改为：200℃下水热反应8h。干燥条件改为：在60℃干燥36h。