[发明专利]一种氧化石墨烯/四氧化三铁/氧化锌复合材料及其制备方法、石墨烯基磁性导热吸波材料

说明书

本发明提供了一种氧化石墨烯/四氧化三铁/氧化锌复合材料，包括氧化石墨烯和复合在所述氧化石墨烯表面的四氧化三铁和氧化锌复合材料。本发明选择了具有较高导热系数的氧化锌、氧化石墨烯和四氧化三铁进行组合，得到了具有复合结构的氧化石墨烯/四氧化三铁/氧化锌复合材料，其中四氧化三铁和氧化锌复合材料复合在氧化石墨烯表面。氧化石墨烯复合四氧化三铁将两者结合，提供优异的吸波性能，而在其表面进一步包覆高导热系数的无机纳米材料，在保持良好电磁吸收性能的同时，有效提高材料的导热系数，少量导热材料即可实现大面积接触，形成导热网络，提高材料导热性，兼具高电磁波吸收特性及导热特性，在导热吸波领域具有良好的应用前景。

技术领域

本发明属于吸波材料技术领域，涉及一种氧化石墨烯/四氧化三铁/氧化锌复合材料及其制备方法、导热吸波材料，尤其涉及一种氧化石墨烯/四氧化三铁/氧化锌复合材料及其制备方法、石墨烯基磁性导热吸波材料。

背景技术

随着微波和通讯技术的飞速发展，日趋严峻的电磁污染对环境和生物安全的威胁日益被人们重视。电磁污染所造成的危害是不容低估的，在现代家庭中，电磁波在为人们造福的同时，也随着“电子烟雾”的作用，直接或间接地危害人体健康。因此，对于吸波材料的研究一直是领域内关注的焦点之一。而且在电子产品电磁吸收应用领域，吸波材料往往将电磁波吸收转化为热能，并进行散发，若散热不及时会导致热能集聚并引发严重的发热问题，所以，业内需要吸波材料不仅要具有良好的吸波效果而且具有较强的导热能力，那么导热吸波材料进而成为研究人员持续关注的重要课题之一。

石墨烯是一种由单一碳原子紧密排列组成的新型碳材料，其具有较大的比表面积、良好的电热传导性能。同时，石墨烯具有很高的介电常数，在外部电磁场中易于被极化产生介电损耗。单一的石墨烯片层易被电磁波穿透而失去电磁波吸收能力，同时，单一的高介电损耗也会导致阻抗匹配的困难。通过将石墨烯与四氧化三铁进行复合，可以使电磁波透入复合材料后受到量子点阵间势垒作用以及空间位阻效应的阻碍延缓电磁波的直接透过，从而起到降低电磁波频率效果。同时，石墨烯表面负载的四氧化三铁纳米颗粒可以通过磁滞损耗、涡流损耗和铁磁共振等机制来吸收电磁波。因而，氧化石墨烯/四氧化三铁复合材料受到了领域内学者的广泛关注。但是四氧化三铁是一种典型的磁损耗材料，由于量子尺寸效应，四氧化三铁纳米颗粒的尺寸对其电磁性能具有非常重要的影响。为使石墨烯基吸波材料的空间阻抗进行匹配，要求石墨烯基吸波材料具有较高的磁损耗，因此制备大尺寸的四氧化三铁颗粒成为必然趋势。同时，氧化石墨烯表面存在大量含氧集团(如羟基、羧基、环氧基等)，利用其表面含氧基团作为与纳米材料结合的靶点，将氧化石墨烯与四氧化三铁进行化学结合，可以使电磁波透入复合材料后受到空间位阻效应的阻碍延缓电磁波的直接透过，氧化石墨烯高介电损耗与四氧化三铁高磁损耗，使得复合材料具有优异的电磁吸波性能。

但是目前公开的四氧化三铁的纳米颗粒制备方法中，主要分为两类：一为常压条件下，采用共沉淀法制备，但是得到的四氧化三铁的颗粒在10～30 纳米之间。二为高压条件下，采用溶剂热法制备，能够得到的四氧化三铁的大颗粒，在200～500纳米之间。在实际的吸波材料工业化制备中，四氧化三铁的颗粒越大，其电磁损耗性越高，即性能越好，特别是四氧化三铁的颗粒在20纳米以下时，则失去了磁损耗的性能。然而现有的溶剂热法制备四氧化三铁纳米颗粒时，需要经过高温高压的反应过程，而产生高压必定需要耐高压的设备，不仅设备成本高，耗能大，而且使用时具有高度危险性，进而导致复合材料的产量低，价格高等问题，限制了四氧化三铁复合材料在实际应用中进展和开发。

不仅如此，现有的吸波产品导热性能差，为了增强导热性能，通常导热吸波材料如吸波导热涂料、吸波导热橡胶均是将吸波剂与导热剂物理混合的方式加入树脂、胶料中，然后通过各种研磨及开炼方式将其物理添加到涂料及橡胶中。而在实际应用过程中，导热剂的添加量不能过低，一般大于20％，这样，吸波剂的比例则需要大幅度降低，导致吸波效果下降，强度下降明显，有效吸收频宽下降，无法降低材料的密度，无法满足产品的实际使用需求。另外，物理混合的产品也难以实现导热材料的有效连接，在低填充量的条件下导热效果差(1～2W/m·K)。