一种复合材料及其制备方法与流程

本技术实施例涉及功能复合材料，尤其是涉及一种由花状二硫化钼与还原氧化石墨烯复合而成的吸波导热复合材料以及用于制备该吸波导热复合材料的制备方法。

背景技术：

1、随着5g通信、高功率电子器件及航空航天技术的快速发展，电子设备逐渐向高频化、高集成化及高功率密度方向发展。在电子设备运行过程中，高频电子器件产生的电磁辐射不仅可能影响设备自身的运行稳定性和可靠性，还可能对周围电子系统造成电磁干扰。与此同时，电子元器件集成度和功率密度的持续提高会使器件内部产生并积累大量热量，若不能及时将热量传导和散出，容易导致器件工作温度升高，进而影响设备的性能及使用寿命。因此，如何兼顾电磁波吸收和热量传导，已成为电子材料领域需要解决的重要问题。

2、普通二硫化钼具有层状结构及一定的介电损耗能力，可用于电磁波吸收。特别是，多个普通二硫化钼片状结构单元和/或层状结构单元能够组装形成具有三维分级结构的花状二硫化钼，该三维分级结构具有较大的比表面积和较为丰富的内部界面，有利于增加电磁波在材料内部的反射、散射及传播路径，并增强界面极化损耗。然而，花状二硫化钼自身的导热能力和导电能力相对有限，单独使用时难以在材料内部形成连续、稳定的导热通路和导电通路，因而难以同时满足高功率电子器件的吸波和散热需求。

3、还原氧化石墨烯通常呈片层状，具有较好的导热性能和导电性能。多个还原氧化石墨烯片层相互接触或搭接时，可以在一定程度上形成热量和电荷的传输路径。然而，还原氧化石墨烯片层之间容易发生堆叠或团聚，使其在复合材料中的分散均匀性降低，并可能导致部分导热通路或导电通路不能有效连通。此外，还原氧化石墨烯具有较高的导电性，单独作为吸波材料使用时容易造成阻抗匹配不佳，使入射电磁波在材料表面发生较强反射，从而限制其电磁波吸收性能。

4、在现有技术中，即使将花状二硫化钼与还原氧化石墨烯进行简单混合，若不能对二者之间的空间分布和组装关系进行有效调控，花状二硫化钼仍可能发生局部聚集，还原氧化石墨烯片层也可能发生无序堆叠，难以形成稳定的三维骨架网络。在此情况下，还原氧化石墨烯片层难以对花状二硫化钼进行有效支撑和分散，花状二硫化钼也难以均匀负载于还原氧化石墨烯片层表面和/或嵌设于相邻片层之间的间隙中，因而不能充分发挥花状二硫化钼的三维分级吸波结构与还原氧化石墨烯导热、导电网络之间的协同作用。

5、因此，如何合理调控花状二硫化钼与还原氧化石墨烯之间的空间组装关系，使花状二硫化钼能够均匀地负载于还原氧化石墨烯片层表面和/或嵌设于还原氧化石墨烯片层之间，同时使多个还原氧化石墨烯片层相互搭接形成能够支撑和分散花状二硫化钼的三维骨架网络，并在复合材料内部形成连续的导热通路和导电通路，从而兼顾电磁波吸收性能与导热性能，是本领域亟待解决的技术问题。

技术实现思路

1、本技术实施例提供的一种复合材料及其制备方法，旨在解决具有单一吸波功能或单一导热功能的现有功能材料难以同时兼具宽频强吸收性能和高效导热性能的技术问题，尤其是解决单一花状二硫化钼导热性能不足以及单一还原氧化石墨烯易团聚且阻抗匹配较差的技术问题。

2、第一方面，本技术实施例提供了一种复合材料。所述复合材料包括：

3、花状二硫化钼和还原氧化石墨烯；

4、所述花状二硫化钼具有由多个呈花朵状分布的二硫化钼片状结构单元和/或层状结构单元组装形成的三维分级结构；

5、所述还原氧化石墨烯呈片层状，所述花状二硫化钼负载于还原氧化石墨烯片层的表面和/或嵌设于还原氧化石墨烯片层之间的间隙中；

6、多个所述还原氧化石墨烯片层相互搭接以形成三维骨架网络，所述三维骨架网络能够支撑和分散所述花状二硫化钼以及在所述复合材料中形成连续的导热通路和导电通路。

7、在一些实施例中，所述复合材料的面内热导率≥5.8w·m-¹·k-¹；

8、在所述复合材料的厚度为2.5mm的情况下，所述复合材料在反射损耗<-10db的判定条件下的有效吸收带宽≥4.5ghz，所述复合材料的最小反射损耗≤-48db，且所述复合材料的最小反射损耗对应的频率位于10.5ghz至13.5ghz的范围内。

9、在一些实施例中，所述花状二硫化钼至少部分嵌设于所述还原氧化石墨烯片层之间，并作为间隔支撑结构来维持所述还原氧化石墨烯片层之间的间距，以抑制所述还原氧化石墨烯片层的团聚和重新堆叠。

10、第二方面，本技术实施例还提供了一种复合材料的制备方法，所述制备方法用于制备上述的复合材料。所述制备方法包括如下步骤：

11、步骤1，将钼源、硫源和结构调控剂溶解在反应溶剂中，得到第一混合溶液；

12、步骤2，对步骤1制得的第一混合溶液进行水热反应或溶剂热反应，得到具有三维分级结构的花状二硫化钼；

13、步骤3，制备氧化石墨烯分散液；

14、步骤4，将步骤2制得的花状二硫化钼与步骤3制备的氧化石墨烯分散液混合并进行分散处理，得到第二混合溶液；

15、步骤5，对步骤4制得的第二混合溶液进行成型处理，得到花状二硫化钼与氧化石墨烯的复合前驱体；

16、步骤6，对步骤5制得的花状二硫化钼与氧化石墨烯的复合前驱体进行热还原处理，得到花状二硫化钼与还原氧化石墨烯的复合材料。

17、在一些实施例中，在步骤1中：

18、所述钼源和所述硫源由同一种硫代钼酸盐提供，所述硫代钼酸盐的质量为0.4g至1.0g，所述结构调控剂的质量为0.3g至0.6g，所述反应溶剂的体积为30ml至60ml。

19、在一些实施例中，在步骤2中：

20、所述水热反应或溶剂热反应的反应温度为180℃至240℃，所述水热反应或溶剂热反应的反应时间为16h至28h。

21、在一些实施例中，在步骤3中：

22、所述氧化石墨烯分散液的浓度为1.5mg/ml至2.5mg/ml。

23、在一些实施例中，在步骤4中：

24、所述分散处理的处理时间为20min至50min；

25、所述花状二硫化钼的质量为0.15g至0.30g，且所述氧化石墨烯分散液的体积为30ml至60ml。

26、在一些实施例中，在步骤5中：

27、所述成型处理为真空抽滤和冷冻干燥中的至少一种，用于构筑所述花状二硫化钼与氧化石墨烯的复合前驱体的三维骨架网络。

28、在一些实施例中，在步骤6中：

29、所述热还原处理的处理温度、升温速率和保温时间分别为550℃至700℃、4.5℃/min至5.5℃/min和1.5h至2.5h；

30、在惰性气体气氛或惰性气体与还原气体混合气氛下，对所述花状二硫化钼与氧化石墨烯的复合前驱体进行所述热还原处理。

31、区别于现有技术，本技术实施例提供的复合材料的至少一个有益效果是：通过将具有三维分级结构的花状二硫化钼与片层状还原氧化石墨烯进行复合，使花状二硫化钼负载于还原氧化石墨烯片层的表面和/或嵌设于还原氧化石墨烯片层之间的间隙中，并使多个还原氧化石墨烯片层相互搭接形成三维骨架网络；其中，花状二硫化钼由多个呈花朵状分布的二硫化钼片状结构单元和/或层状结构单元组装形成，其三维分级结构能够形成丰富的孔隙、层间间隙及内部界面，有利于延长电磁波在复合材料内部的传播路径，增加电磁波的多重反射和散射，并增强界面极化损耗和介电损耗，从而提高复合材料对电磁波的衰减能力；同时，还原氧化石墨烯片层形成的三维骨架网络能够对花状二硫化钼进行支撑和分散，减少花状二硫化钼的局部聚集，并且花状二硫化钼能够对相邻还原氧化石墨烯片层进行间隔，抑制还原氧化石墨烯片层的过度堆叠和团聚，从而提高两者空间分布的均匀性和复合结构的稳定性；此外，相互搭接的还原氧化石墨烯片层能够在复合材料内部形成连续的导热通路和导电通路，减少片层之间的传热间断和导电间断，提高热量和电荷的传输效率。因此，该复合材料能够充分发挥花状二硫化钼的三维分级结构与还原氧化石墨烯的三维骨架网络之间的协同作用，在提高电磁波吸收性能的同时兼顾导热性能，从而使复合材料适用于同时具有电磁干扰抑制和热管理需求的应用场景。