[发明专利]一种跨尺度多层级石墨烯复合吸波材料及其制备方法

说明书

本发明提供一种跨尺度多层级石墨烯复合吸波材料及其制备方法，制备方法包括以下步骤：步骤10)对泡沫铜板进行激光织构化处理，得到具有表面超结构的结构模板；步骤20)采用ALD技术分别在结构模板上生长石墨烯和过渡金属硫化物；步骤30)采用刻蚀工艺去除结构模板，得到石墨烯‑过渡金属硫化物异质复合材料板；步骤40)将至少两层石墨烯‑过渡金属硫化物异质复合材料板进行组装，得到跨尺度多层级石墨烯复合吸波材料。本发明制备的跨尺度多层级石墨烯复合吸波材料，保证优异力学性能的同时实现超宽频的高效吸波，同时具有可调谐的吸波性质。

技术领域

本发明属于微纳制造和吸波材料技术领域，具体涉及一种跨尺度多层级石墨烯复合吸波材料及其制备方法。

背景技术

传统的吸波材料(如金属微粉等)大都存在密度大、高温特性差、耐腐蚀性差，或阻抗匹配性差、吸波频带较窄、吸波性能差等缺点。石墨烯是一种新型的二维碳纳米材料，具有极大的比表面积、可调工作表面、超高的力学强度、极高的热导率、优异的载流子迁移率、以及特殊的电磁波作用机制。以石墨烯为基础研发新型吸波材料有望代替传统材料，在对强电磁场进行有效防护的同时满足薄形化、轻量化的使用需求。

一方面，材料的基本属性很大程度上决定其吸波性能。理论研究表明，石墨烯晶格结构中的缺陷以及石墨烯片层表面的含氧基团不仅可以改善石墨烯的阻抗匹配特性、促进能量从相邻态向费米能级转化，还可以产生缺陷极化弛豫和官能团电子偶极极化弛豫，从而改善石墨烯的电磁波损耗特性。然而，单纯的石墨烯材料的吸波特性却不尽人意，这是由于石墨烯材料的介电常数与磁导率数值相差较大，阻抗匹配性能较差，电磁波难以透射进材料内部，石墨烯的吸波性能无法得到充分发挥。

另一方面，材料的结构特点也会对吸波性能优化产生重要影响。由二维石墨烯片层相互搭接形成的三维结构的石墨烯复合材料在吸波领域受到了越来越多的重视。实际应用场景需要隐身结构同时具备宽频强隐身性能、力学承载性能和薄型设计，而薄型结构设计、宽频隐身与力学承载性能是三元矛盾，难以同时满足。三维结构的石墨烯复合材料，例如石墨烯复合气凝胶，能够在保证优异力学性能的前提下实现有效吸波。特别需要指出的是，三维石墨烯内部具有多孔结构，体积密度较低，同时介电常数相对较小，因此，更容易在较宽的频率范围内吸收电磁波。除了内部的微观结构，表面宏观尺度的超材料的思想和超结构的设计也可以改善吸波性质。通过合理有序的结构设计，超结构的表面能够表现出对电磁波独特的响应性质。将微观结构的设计与宏观结构的设计相结合，有望实现超宽频的高效吸波，目前这方面的成果较少，有待进一步地深入研究。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种跨尺度多层级石墨烯复合吸波材料及其制备方法，保证优异力学性能的同时实现超宽频的高效吸波，同时具有可调谐的吸波性质。

为解决上述技术问题，一方面，本发明提供一种跨尺度多层级石墨烯复合吸波材料的制备方法，包括以下步骤：

步骤10)对泡沫铜板进行激光织构化处理，得到具有表面超结构的结构模板；

步骤20)采用ALD技术分别在结构模板上生长石墨烯和过渡金属硫化物；

步骤30)采用刻蚀工艺去除结构模板，得到石墨烯-过渡金属硫化物异质复合材料板；

步骤40)将至少两层石墨烯-过渡金属硫化物异质复合材料板进行组装，得到跨尺度多层级石墨烯复合吸波材料。

作为本发明实施例的进一步改进，所述步骤10)中得到的结构模板的孔隙率为50～98％，孔径尺寸为0.01～1mm，厚度为0.15～3mm。

作为本发明实施例的进一步改进，所述步骤10)中得到的结构模板的表面超结构为环形阶梯、多边形阶梯和组合形阶梯中的一种。

作为本发明实施例的进一步改进，所述步骤20)中，生长石墨烯使用苯作为碳源，氢气作为还原性气体，氮气或氩气作为清洁气体；加热温度为200～800℃，加热时间为1～6h。