[发明专利]石墨烯铁氧体聚合物三元纳米复合吸波材料及其制备方法

说明书

本发明属于电磁波吸收材料制备领域，特别涉及一种石墨烯‑铁氧体‑聚合物三元纳米复合吸波材料及其制备方法。该复合吸波材料为导电聚合物均匀地包覆铁氧体纳米颗粒点缀的石墨烯纳米粉末，其化学成分按质量百分比包括：还原氧化石墨烯10％～30％，铁氧体纳米颗粒20％～40％，其余为导电聚合物。该吸波材料密度低，吸收强度高，有效吸波频段宽，尤其在X波段变现出优异的吸波性能，且能以超薄的涂层厚度2mm到达到超高的吸波性能‑45dB，在飞行器的隐形技术、雷达和通讯设备的电磁屏蔽领域具有广阔的应用潜力和市场前景。

技术领域

本发明属于电磁波吸收材料制备领域，特别涉及一种石墨烯-铁氧体-聚合物三元纳米复合吸波材料的制备方法。该材料可应用于飞行器隐身、电磁屏蔽、电磁安全防护和微波暗室领域。

背景技术

随着军事高科技的迅猛发展，世界各国攻防体系的探测、跟踪能力也越来越强。而微波雷达是攻防战中探测、跟踪、识别的主要手段。吸波材料的应用可以有效的提升武器吸收电磁波的能力，提高武器在战争中的存活能力和作战效能。

铁氧体是目前被研究的最多且发展最为成熟的磁损耗型吸波材料。铁氧体在高频波段下磁导率较高、电阻率较大，所以电磁波容易进入介质并且快速衰减，而且由于价格较低廉且制备工艺简单，已被广泛应用于雷达吸波材料领域。但随着现代化战争对侦察和反侦察的技术要求越来越高，理想的吸波材料应具备“厚度薄、重量轻、吸收强、频段宽”的特点。然而传统的铁氧体因其密度大和吸波频段窄的缺点，阻碍了其在这一趋势上的发展。

导电高聚合物是最具有代表性的介电损耗材料。它具有电损耗高、密度低、力学性能好、易于制备等优点，但单一相导电高聚合物存在阻抗匹配特性较差、吸收频带窄、吸收性能弱等缺点。而石墨烯作为一种新型二维碳材料倍受到科学界各个领域的广泛关，其独特的二维层状结构使其具有高热导系数(5300W/(m·K))、高介电常数、高电子迁移率(15000cm²/(V·s))、超大比表面积(2630m²/g)等特性。其中，石墨烯较高的介电常数、超大比表面积以及外层电子易极化弛豫特性使其可作为潜在的介电损耗基材，应用于吸波领域。然而，单一石墨烯的吸波能力有它的局限性(R_Lmin＝-6.9dB)，这与石墨烯仅具有介电损耗特性，吸波机制单一有关。

所以，构建一个由介电损耗与磁损耗结合的复合材料是改善阻抗匹配、扩大吸波带宽和提高的单位吸收性能的有效方法，而现有技术中还未见有关的报道。

发明内容

本发明的目的是针对现有吸波材料技术的不足，通过还原组装反应和低温聚合反应，将石墨烯、铁氧体和聚合物结合，提供一种石墨烯-铁氧体-聚合物三元纳米复合吸波材料，有效地提高了吸收入射电磁波的强度和扩大了吸波频段范围。

本发明的另一个目的是提供一种石墨烯-铁氧体-聚合物三元纳米复合吸波材料的制备方法。

为了实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：

本发明提供一种石墨烯铁氧体聚合物三元纳米复合吸波材料，该复合吸波材料为导电聚合物均匀地包覆铁氧体纳米颗粒点缀的石墨烯纳米粉末，其化学成分按质量百分比表示包括：还原氧化石墨烯10％～30％，铁氧体纳米颗粒20％～40％，其余为导电聚合物。

所述铁氧体纳米颗粒的粒径为10nm～50nm。

所述导电聚合物为网状结构的聚苯胺。

该复合吸波材料通过铁氧体复合组元、还原剂、pH调节剂和氧化石墨烯分散液还原组装反应后，再与苯胺聚合反应获得；其中，

所述铁氧体复合组元为FeCl₃和FeCl₂的混合溶液，或者为Fe(NO₃)₃和Fe(NO₃)₂的混合溶液；