一种基于化学气相沉积法制备磁性金属@石墨烯吸波材料的方法

1.本发明涉及微波吸收材料领域，尤其涉及一种基于化学气相沉积法制备磁性金属@石墨烯吸波材料的方法。


背景技术：

2.吸波材料的研发使用最早开始于军事领域，主要是为了提高战略武器的生存能力，规避雷达的搜索。但随着科技的进步，大量无线通讯设备进入人们的日常生活，给生活带来便利的同时也存在大量电磁波辐射和污染。这使得开发和研制优异的微波吸收材料显得越来越重要。
3.吸波材料的吸波机理一般是通过介电损耗或磁损耗将入射到材料上的电磁波能量转化为热能或其他形式的能量，但是单一的吸收机制难以满足生活及军事要求，因此介电材料和磁性材料的结合是一种行之有效的策略，两者复合之后不仅具有介电损耗，同时具有磁损耗，有助于阻抗匹配的提高，提升了单一材料的性能，同时可以拓宽吸波材料的应用范围。在现有的复合吸波材料中，磁性金属容易被氧化导致其应用范围不广，使得吸波材料的应用受限。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于解决现有技术中的上述问题，提供一种基于化学气相沉积法制备磁性金属@石墨烯吸波材料的方法，该方法不仅能有效防止磁性金属的氧化，而且操作简便，产量大，具有潜在应用前景。
5.为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
6.一种基于化学气相沉积法制备磁性金属@石墨烯吸波材料的方法，将铁酸钴纳米粒子置于甲烷气氛中，高温条件下进行化学气相沉积反应，降温后得到磁性金属@石墨烯吸波材料；所述化学气相沉积反应的温度为800～1000℃，反应的时间为1～30min。
7.所使用的铁酸钴纳米粒子尺寸为150～200nm。
8.所述铁酸钴纳米粒子的制备如下：将铁盐、钴盐和乙酸铵加入到乙二醇溶液中溶解，再放入水热釜中反应，最后分离，洗涤，干燥。
9.所述铁盐选自氯化铁、硫酸铁中的至少一种，所述钴盐选自乙酸钴、硝酸钴中的至少一种。
10.所述铁盐、钴盐和乙酸铵的摩尔比为1:1:6.5～2:1:13。
11.所述水热釜反应的温度为180～200℃，反应时间为20～24h。反应温度低于180℃时无法合成铁酸钴颗粒，高于200℃时颗粒均匀性下降。反应时间短于20h时无法合成铁酸钴颗粒，高于24h时颗粒均匀性下降。
12.所述分离可采用磁铁分离，所述洗涤采用水和乙醇洗涤。
13.所述化学气相沉积反应的气氛为甲烷或甲烷与氩气的混合气体，气体流量为10～
50ml/min。
14.所述甲烷与氩气的混合气体中，氩气的体积占比不高于50％。
15.所述化学气相沉积反应升温时间为50～65min。该升温时间由管式炉最快升温速率决定，若升温时间太长会导致最后的磁性金属颗粒团聚严重，不利于吸收电磁波。
16.相对于现有技术，本发明技术方案取得的有益效果是：
17.1、本发明制备的磁性金属@石墨烯材料不同于其他磁性金属/石墨烯材料，该材料石墨烯由原位下生长，非外部添加，与磁性金属内核紧密结合，能充分保护内核不被氧化，这种材料在构筑新型功能器件或材料具有很好的应用前景；
18.2、本发明制备的磁性金属@石墨烯材料采用高度分散的金属氧化物作为磁性金属源，有效保证磁性金属的占比，有利于该材料在微波吸收领域的应用。且铁酸钴可用其它含铁、钴、镍元素的金属氧化物替换。
19.3、本发明的制备方法操作简单、可操作性强、重现性好，产率可达90％。
附图说明
20.图1为实施例1制备的cofe2@石墨烯材料的sem图。
21.图2为实施例1制备的cofe2@石墨烯材料的x射线粉末衍射图。
22.图3为实施例1制备的cofe2@石墨烯材料的拉曼位移图。
23.图4为实施例1制备的cofe2@石墨烯材料的微波吸收性能图。
24.图5为实施例2制备的cofe@石墨烯材料的sem图。
25.图6为实施例2制备的cofe@石墨烯材料x射线粉末衍射图。
26.图7为实施例2制备的cofe@石墨烯材料的拉曼位移图。
27.图8为实施例2制备的cofe@石墨烯材料的微波吸收性能图。
具体实施方式
28.为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚、明白，以下结合附图和实施例，对本发明做进一步详细说明。
29.实施例1
30.本实施例cofe2@石墨烯材料的制备方法如下：
31.(1)在100ml的聚四氟乙烯内衬中，将氯化铁、乙酸钴和乙酸铵加入到60ml乙二醇中搅拌溶解，氯化铁和乙酸钴的物质的量之比为2:1，所述氯化铁可采用六水合氯化铁或者六水合氯化铁，当采用六水合氯化铁时加入量为540mg，当采用无水氯化铁时加入量为324mg，其中乙酸铵加入量为500mg。将混合溶液在室温下搅拌3h，保证完全溶解并混合均匀。将聚四氟乙烯内衬放入反应釜中，旋紧，最后将其放置烘箱中，200℃恒温反应20h。
32.(2)反应结束后，将反应溶液冷却到室温，用磁铁将产物分离，所得的产物用水清洗，再用乙醇超声清洗多次，真空干燥，即得cofe2o4粉末。
33.(3)将100mg cofe2o4粉末放置于瓷舟上，置于甲烷的管式炉中反应，气体流量为25ml/min。设置升温时间为60min，保温时间为10min，降温时间为5h，反应温度为1000℃。
34.(4)反应结束后，取出样品即得cofe2@石墨烯材料。
35.由图1可以看出，根据实施例制备得到的cofe2@石墨烯材料，金属外层被碳包覆。
图2为cofe2@石墨烯材料的x射线粉末衍射图，从图2中可以看出：衍射角度44.79
°
,65.07
°
和82.30
°
与面心立方结构的co3fe7(jcpds no.48～1817)或fe(jcpds no.06～0696)的(110),(200)和(211)晶面相对应，说明该材料内核为铁钴合金；衍射角度22.64
°
与石墨化碳(jcpds no.75～2078)的(111)晶面相对应，说明该材料表面有碳。图3为cofe2@石墨烯材料的拉曼位移图，表明该材料表面为多层石墨烯。上述结果证实材料为磁性金属@石墨烯材料。图4为cofe2@石墨烯材料在不同厚度下对于电磁波的吸收能力图，反射损失为-10db时表明材料对电磁波能量具有90％的能量损耗，由此可见该材料具有较好的微波吸收能力。
36.实施例2
37.本实施例cofe@石墨烯材料的制备方法如下：
38.(1)在100ml的聚四氟乙烯内衬中，将硫酸铁、乙酸钴和乙酸铵加入到60ml乙二醇中搅拌溶解，硫酸铁和乙酸钴的物质的量之比为1:1，其中硫酸铁加入量为400mg，乙酸铵加入量为500mg。混合溶液在室温下搅拌3h，保证完全溶解并混合均匀。将聚四氟乙烯内衬放入反应釜中，旋紧，最后将其放置烘箱中，200℃恒温反应20h。
39.(2)反应结束后，将反应溶液冷却到室温，用磁铁将产物分离，所得的产物用水清洗，再用乙醇超声清洗多次，真空干燥，即得铁酸钴粉末。
40.3)将100mg cofe2o4粉末放置于瓷舟上，置于甲烷与氩气体积比为1:0.5的管式炉中反应，气体流量为50ml/min。设置升温时间为55min，保温时间为30min，降温时间为10h，反应温度为900℃。
41.(4)反应结束后，取出样品即得cofe@石墨烯材料。
42.由图5可以看出，根据实施例制备得到的cofe@石墨烯材料金属外层被碳包覆。图6为cofe@石墨烯材料的x射线粉末衍射图，从图6中可以看出：衍射角度44.80
°
,65.08
°
和82.30
°
与面心立方结构的co3fe7(jcpds no.48～1817)或fe(jcpds no.06～0696)的(110),(200)和(211)晶面相对应，说明该材料内核为铁钴合金；衍射角度22.64
°
与石墨化碳(jcpds no.75～2078)的(111)晶面相对应，说明该材料表面有碳。图7为cofe@石墨烯材料的拉曼位移图，表明该材料表面为多层石墨烯。上述结果证实材料为磁性金属@石墨烯材料。图8为cofe@石墨烯材料在不同厚度下对于电磁波的吸收能力图，反射损失为-10db时表明材料对电磁波能量具有90％的能量损耗，由此可见该材料具有较好的微波吸收能力。
43.本发明原位合成磁性金属@石墨烯，不仅能获得致密的多层石墨烯防止磁性金属的氧化，而且有效利用材料的介电损耗，可以制备出应用前景更广泛的吸波材料。