[发明专利]一种氮掺杂还原氧化石墨烯气凝胶及其在制备微波吸收材料中的应用

说明书

本发明公开了一种氮掺杂还原氧化石墨烯气凝胶及其在制备微波吸收材料中的应用。所述的氮掺杂还原氧化石墨烯气凝胶的制备方法为：将氧化石墨烯分散液、尿素和乙二醇超声混合均匀，然后转移到水热反应釜中进行水热还原反应，得到氮掺杂还原氧化石墨烯水凝胶；将水凝胶置于乙醇水溶液中去除表面杂质，最后进行冷冻干燥过程得到超轻三维多孔结构的氮掺杂还原氧化石墨烯气凝胶。将氮掺杂还原氧化石墨烯气凝胶与石蜡混合均匀后压实测量分析其微波吸收性能。本发明的制备周期短，方法简单，所用试剂无毒无害，制备的气凝胶展现了优异的介电性能和微波吸收性能，有很好的应用前景。

技术领域

本发明属于微波吸收材料技术领域，特别涉及一种氮掺杂还原氧化石墨烯气凝胶及其在制备微波吸收材料中的应用。

背景技术

目前，随着电磁技术在通讯、医药、科研、军事等多个领域的广泛应用，在为人类生活提供便利、促进人类社会发展的同时，所造成的电磁污染也极大地影响了人们的正常生活，电磁辐射，电磁干扰等电磁污染已经成为噪声污染、空气污染、水污染之外的又一种新型污染。因此，在充分利用电磁技术的同时，如何减免电磁污染近来已成为一项研究热点。

微波吸收材料，可以衰减、吸收入射到材料内部的电磁波，是衰减电磁波、解决电磁污染的重要举措。随着各项技术的高速发展，对高效微波吸收材料的需求日益增加，同时也对电磁波吸收材料的设计有了更高的要求。高效微波吸收材料除了应具有较强的损耗能力之外，还应该具有匹配厚度薄、吸收频带宽、质量轻等特点。在军事领域，吸波材料广泛用于隐身技术，吸收入射到装备表面的电磁波，降低目标的可探测性。在民用领域，作为电磁防护材料，吸波材料可以减少电磁辐射对人体的危害以及对精密仪器设备的干扰。因此，无论是军事领域还是民用领域，吸波材料都有着广泛的应用前景。作为国内外的研究热点，源源不断的学者投身于微波吸收材料的研究之中，各种新型微波吸收材料层出不穷。

微波吸收材料的衰减机制主要可以根据材料特性分为介电损耗和磁损耗两种，介电损耗通常分为电导损耗和极化损耗两部分；磁损耗主要包括自然共振、交换共振以及涡流损耗。电磁波入射到材料表面时，首先需要满足材料的阻抗匹配原则，否则电磁波将在材料表面进行反射，同时，电磁波进入材料内部时，还需要材料具有较强的损耗衰减能力，使得电磁波能量在材料内部被消耗。所以理想的微波吸收材料需要具备较强的电磁波衰减能力以及优异的阻抗匹配，使电磁波尽可能多的入射到材料内部的同时又能够被大量的衰减。此外材料的结构对于其吸波性能也有较大的影响。

传统吸波材料往往具有厚度大、密度大、负载量高、吸收强度弱等缺点，因此研究制备满足“薄、轻、宽、强”特性的吸波材料具有十分重要的意义。石墨烯自发现以来，被应用于传感器、生物材料和储能材料等多个领域。由于其优异的物理/化学性能、高比表面积高电子迁移率和低密度而被广泛研究，被认为是很适合用于微波吸收的材料，但由于其团聚、堆积严重，在微波吸收领域的应用受到了很大的限制。

发明内容

本发明的目的在于提供一种氮掺杂还原氧化石墨烯气凝胶及其在制备微波吸收材料中的应用。本发明制得的微波吸收材料可以实现超低填充比超大吸收带宽的高性能微波吸收。

所述的氮掺杂还原氧化石墨烯气凝胶的制备方法为：将氧化石墨烯分散液、尿素和乙二醇超声混合均匀，然后转移到水热反应釜中水热还原反应，得到氮掺杂还原氧化石墨烯水凝胶；将水凝胶置于乙醇水溶液中去除表面杂质，最后冷冻干燥得到超轻三维多孔结构的氮掺杂还原氧化石墨烯气凝胶。

所述氧化石墨烯分散液的浓度为2-8mg/mL。

所述氧化石墨烯与尿素的质量比为3:10-3:30。

所述水热还原反应的温度为160-240℃，反应时间为1-5小时。

所述乙二醇与氧化石墨烯分散液的体积比为1:3-1:1。

所述的乙醇水溶液由体积比为1:9-3:7的乙醇和水混合而成。