[发明专利]一种纳米四氧化三铁磁性粒子均匀包覆的石墨烯及其制备方法

说明书

本发明公开了一种纳米四氧化三铁磁性粒子均匀包覆的石墨烯及其制备方法，该方法以石墨烯、铁盐、醇为反应原料，氢氧化钠或氨水提供碱性环境，采用多元醇法得到四氧化三铁包覆的石墨烯，最后向其中加入乙醇和去离子水反复洗涤。该方法所得到的包覆于石墨烯表面的四氧化三铁十分均匀，且其工艺简单，成本低廉，利于实现工业化生产。同时，本发明重点探讨了该包覆材料的微波吸收性能，并研究了性能与不同包覆结构之间的关系，提出了性能‑结构关系理论，为后续设计制备更优异性能的吸波材料提供了参考依据。

技术领域

本发明属于纳米复合材料的制备技术领域，特别涉及一种纳米四氧化三铁磁性粒子均匀包覆石墨烯的方法，以及吸波材料包覆结构-性能的关系建立。

背景技术

石墨烯由于其优异的力学、电学、热学、高比表面积等性能而成为研究热点。而对石墨烯的修饰也被越来越多的学者广泛研究。因为修饰之后的石墨烯，既可克服本身的一些缺陷如不易分散又可赋予其新的性能，如磁学、电学、光学等性能。用磁性颗粒包覆之后的石墨烯，可以表现出更出色的磁性、电磁吸波等特性。然而，尽管有各种报道和尝试，但这些包覆都不是特别均匀，甚至有很多团聚。而这将严重影响四氧化三铁包覆石墨烯材料的性能稳定性和使用，并且是不可控的，没有重复性。

此外，目前大部分工作都专注于如何提高吸波材料的吸波性能，却忽视了对吸波影响因素的探讨。实际上，材料的形貌、尺寸、微观结构对吸波性能都有至关重要的作用。目前关于包覆结构对吸波性能影响的报道仍然较少，其中机理也尚未明确。因此，研究两者关系有重要的参考意义。

发明内容

为了克服现有方法制备的四氧化三铁包覆的石墨烯的不均匀性和不可控的缺陷，本发明的目的是提供一种包覆均匀的且同时具有磁性能与较好的电磁吸收性能的纳米四氧化三铁磁性粒子均匀包覆石墨烯的方法。该方法采用多元醇法制备，以石墨烯和铁盐为原料，通过醇溶剂的还原作用，在碱性环境下合成四氧化三铁包覆的石墨烯。制备方法简单易行，且结果重复性好易于控制。

此外，我们改变制备方法，通过控制包覆比例相同的情况下，制备了两种不同的包覆结构材料，对其吸波性能进行研究，发现包覆均匀致密的包覆材料吸波性能更好。进一步地，在致密包覆结构的基础上，改善包覆比例，得到了综合性能更加优异的包覆材料。

为达到上述目的，本发明的技术方案如下：

一种纳米四氧化三铁磁性粒子均匀包覆的石墨烯，所述石墨烯是羧基化的还原氧化石墨烯，其片状尺寸为0.5-3μm，单片厚度为0.55-3.74nm，片层数量＜10层；表面包覆的四氧化三铁磁性粒子呈颗粒状，粒径尺寸范围在5-12nm，包覆均匀致密无杂质，包覆率达95％以上。

一种纳米四氧化三铁磁性粒子均匀包覆石墨烯的方法，所述方法包括如下步骤：

1)按照石墨烯：醇溶液的质量体积比(g:mL)为1:100～500将石墨烯加入到醇溶液中，进行搅拌，得到石墨烯的分散溶液；

2)按照铁盐：石墨烯的质量比为1:1～5:1将铁盐加入至石墨烯的分散溶液中，并进行细胞粉碎超声，得到含有铁盐和石墨烯的混合液；

3)按照碱溶液(6mol/L)：醇溶液的体积比为1～4:10将碱溶液分散至醇溶液中，搅拌均匀得到碱醇溶液；

4)将碱醇溶液加入含有铁盐和石墨烯的混合液中，再进行细胞粉碎超声，所得溶液移至反应釜中，在180℃～240℃下反应2～4个小时；

5)反应结束并降至室温后，在磁铁作用下过滤，在离心作用下洗涤至中性，经真空干燥得到纳米四氧化三铁磁性粒子包覆的石墨烯粉末。

本发明提供的纳米四氧化三铁磁性粒子包覆的石墨烯，其为在大气环境下制备的Fe₃O₄纳米磁性粒子包覆的石墨烯，所述四氧化三铁纳米磁性粒子包覆均匀，其粒径为5-12nm。