石墨烯和二硫化鉬復合材料用作電磁波吸收材料的應用
【技術領域】
[0001]本發明屬于電磁波吸收材料領域，具體涉及一種石墨烯和二硫化鉬復合材料用作電磁波吸收材料的應用，特別涉及所述石墨烯和二硫化鉬復合材料用作電磁波屏蔽材料或電磁波防護材料。
【背景技術】
[0002]隨著現代科學技術的發展和工業文明的進步，各種電子儀器設備的應用日趨普遍，產生了越來越多的電磁輻射，所帶來的電磁干擾也日益嚴重，這些都成為了許多設備失效的重要原因；同時，電磁污染也滲透到生產和生活的各個方面，嚴重損害人類的身體健康。因此，如何有效的預防和消除電磁波干擾成為科學研究的熱門課題。
[0003]理想的吸波材料應具備厚度薄、密度低、頻段寬和吸收強的特點。根據吸波機理的不同，可將吸波材料分為電損耗型和磁損耗型。導電高聚物、石墨等導電性強的材料的吸波機理主要是電損耗(包括導電損耗和介電損耗)，這些損耗主要來源于電子極化、原子極化、固有電偶極子取向極化和界面極化等；而一些磁性材料的吸波機理主要是磁損耗。
[0004]石墨稀依賴于其10 6 Ω ?cm的低電阻率和15000cm2/V ?S的高電子迀移率，成為一種電磁屏蔽材料，但現有的對石墨烯在電磁波吸收材料中的應用有如下研究:與具有磁性的金屬氧化物復合，如俞書宏(Cong Huaiping, Water-Soluble Magnetic-Funct1nalizedReduced Graphene Oxide Sheets ；In situ Synthesis and Magnetic Resonance ImagingApplicat1ns[J].Small, 2010, 6, 169-173)將是氧化三鐵和還原氧化石墨稀復合；付永月生(Fu Yongsheng, et al.High photocatalytic activity of magnetically separablemanganese ferrite grapheme heteroarchitctures[J].1ndustrial&EngineeringChemistry Research, 2012，51:725-731)用鐵酸猛與石墨稀復合；與具有電磁波吸收性能的金屬復合，如用刺鏈狀鎳和具有樹枝狀花瓣的鈷復合；或者與聚合物，如聚苯胺(PANI) 22或聚環氧乙烷(ΡΕ0) 23進行原位聚合得到復合物。
[0005]石墨烯和二硫化鉬的復合材料已有報道用于電極材料，如CN102839388公開了一種石墨烯/ 二硫化鉬的復合電極材料及其制備方法。CN104746180公開了一種摻雜二硫化鉬的導電纖維。
[0006]但目前還沒有研究發現石墨烯和二硫化鉬復合得到的材料具有電磁波吸收劑的性能。
【發明內容】
[0007]針對現有技術的不足，本發明的目的在于提供石墨烯和二硫化鉬復合材料用作電磁波吸收材料的新用途，具體說可以用作電磁波屏蔽材料的新用途，可用作電磁波防護材料的新用途。
[0008]本發明還提供了一種電磁波吸收材料，所述材料為石墨烯和二硫化鉬復合材料，具體地，提供了一種電磁波屏蔽材料，所述材料為石墨烯和二硫化鉬復合材料，具體地，提供了一種電磁波防護材料，所述材料為石墨烯和二硫化鉬復合材料。
[0009]本發明提供的電磁波吸收材料為石墨烯和二硫化鉬復合材料，推測其作用原理是:石墨烯具有表面能大、密度小的特點，而二硫化鉬的引進使石墨烯的導電性下降，電磁波能順利進入復合材料中進而被吸收，從而得到質輕、吸收頻帶寬、吸收能力強的新型吸波材料。
[0010]優選地，在本發明提供的應用和材料中，在石墨烯和二硫化鉬的復合材料中，碳原子和硫原子的摩爾比為 1:10 ?10:1，例如 1:2、1:3、1:4、1:5、1:6、1:7、1:8、1:9、2:1、3:1、4:1、5:1、6:1、7:1、8:1、9:1 等。
[0011]優選地，所述石墨稀為還原氧化石墨稀(reduced graphene oxide，RG0)。
[0012]還原氧化石墨烯是將氧化石墨烯還原后得到的產物，具體的是先通過石墨與強酸(如濃硫酸、濃硝酸等)和氧化性物質(如高錳酸鉀)反應生成氧化石墨，之后經過超聲分散制備出氧化石墨烯(G0)，再通過還原劑(如肼、二甲基肼、對苯二酚、硼氫化鈉、氫碘酸等)使G0中的含氧官能團(如羧基、環氧基和羥基等)揮發而得到石墨烯的方法。
[0013]優選地，所述石墨烯的碳氧原子比大于20，例如21、22、23、24、25、26、27、28、29、30、31、38、40、46 等。
[0014]優選地，所述石墨稀的片層厚度< lOOnm，例如3nm、8nm、13nm、20nm、25nm、27nm、36nm、39nm、42nm、45nm、58nm、63nm、76nm、83nm、88nm、93nm 等，所述石墨稀的片層的二維尺寸 < 10 μ m，優選 1 μπι、2μπι、3μπι、4μπι、5μπι、6μπι、7 μηι、8μηι、9μηι 等。
[0015]優選地，所述石墨稀通過將氧化石墨稀還原得到。
[0016]優選地，所述氧化石墨稀的制備方法選自Brodie法、Hummers法、Staudenmaier法或改進的Hummers法中的任意一種。
[0017]Brodie法是首先用發煙ΗΝ03處理天然微粉石墨，石墨被氧化時，硝酸離子侵人石墨片層間，然后再投入KC104進一步氧化，隨后將反應物投人大量水中，進行過濾，水洗至濾液接近中性后，干燥，得到氧化石墨。
[0018]Staudemaier法是用濃硫酸和發煙硝酸混合酸對石墨粉進行處理，同樣也是以KC104為氧化劑。
[0019]Hummers法是將石墨粉和無水硝酸鈉(NaN03)加入到置于冰浴內的濃硫酸中，強力攪拌下加入ΚΜη04，并用體積分數3% H202還原剩余的高錳酸鉀和MnO 2，使其變為無色可溶的MnS04。在雙氧水的處理下，懸浮液變成亮黃色。過濾、洗滌3次，然后真空脫水得到。所得到的氧化石墨片層具有褶鈹型結構，且含氧量較大，官能團較為豐富，在純水中可良好分散。
[0020]優選地，所述二硫化鉬的片層厚度為10?100nm，例如13nm、20nm、25nm、27nm、36nm、39nm、42nm、45nm、58nm、63nm、76nm、83nm、88nm、93nm 等，優選 10 ?15nm ;所述二硫化鉬的片層的二維尺寸為 0.08 ?2μπι，例如 0.09μπι、0.ΙΙμπκΟ.14μπι、0.18μπι、0.25μπκ
0.36 μ m、0.48 μ m、0.58 μ m、0.64 μ m、0.78 μ m、0.85 μ m、0.96 μ m、1.2 μ m、1.3 μ m、1.4 μ m、1.5μπι、1.6μπι、1.7μπι、1.8μπι、1.9μπι0.1 ~ 1 μ mD
[0021]優選地，所述二硫化鉬通過將鉬源物質還原得到。
[0022]優選地，所述鉬源物質選自鉬酸鈉、鉬酸銨、四硫代鉬酸銨中的任意1種或至少2種的組合。
[0023]優選地，所述石墨烯和二硫化鉬的復合材料通過如下方法制備:
[0024]將分散有氧化石墨烯和鉬源物質的分散液干燥，得到氧化石墨烯和鉬源物質的混合物，之后進行還原得到石墨烯和二硫化鉬的復合材料。
[0025]優選地，所述還原的方式選自煅燒或還原性氣氛下加熱。
[0026]優選地，所述煅燒溫度為400 ?1300°C，例如 420°C、470°C、520°C、580°C、630°C、680 °C、750 °C、780 °C、860 °C、900 °C、1020 °C、1180 °C、1200 °C、1250 °C 等，優選 800 ?1100 °C。
[0027]優選地，所述還原性氣氛為氫氣或含硫的還原性氣氛，優選含硫的還原性氣氛；所述含硫的還原性氣氛優選為攜帶有二硫化碳的惰性氣體；所述惰性氣體優選氦氣、氬氣、氖氣中的任意1種或至少2種的組合。
[0028]優選地，所述還原性氣氛下加熱的溫度為400?1300 °C，例如420 °C、470 °C、520 °C、580 °C、630 °C、680 °C、750 °C、780 °C、860 °C、900 °C、1020 °C、1180 °C、1200 °C、1250 °C等。
[0029]示例性地，本發明所述石墨烯和二硫化鉬復合材料的制備方法包括如下步驟:
[0030](1)氧化石墨稀采用改進的Hummers法制備:
[0031]將適量的石墨粉和濃硫酸混合，在冰浴條件下攪拌反應后，緩慢加入ΚΜη04，繼續攪拌并緩慢加入去離子水，最后，加入h202，此時得到明黃色的氧化石墨分散液；將此液體過濾、冷凍干燥后得到氧化石墨粉；將上述氧化石墨粉溶于去離子水配成溶液后離心處理，取上清液烘干即得氧化石墨烯；
[0032](2)分散鉬源:
[0033]取上述步驟(1)所制備的氧化石墨烯加入去離子水配成氧化石墨烯溶液，向所述氧化石墨烯溶液中加入鉬酸鈉，超聲使鉬酸鈉均勻分散在氧化石墨烯溶液中；之后將所述分散有鉬酸鈉的氧化石墨烯溶液冷凍干燥，得到氧化石墨烯/鉬酸鈉混合粉末；
[0034](3)將所述氧化石墨烯/鉬酸鈉粉末轉移到管式爐中，在含硫氣氛下高溫處理。
[0035]在步驟(3)中，氧化石墨烯在高溫下被還原生成還原氧化石墨烯，鉬酸鈉與含硫氣氛反應，生成二硫化鉬。反應完成自然冷卻到室溫后，所得的產品經過去離子水反復洗滌后，干燥得到還原氧化石墨烯/二硫化鉬復合物。
[0036]與現有技術相比，本發明具有如下有益效果:
[0037](1)所述的石墨烯和二硫化鉬復合材料可用作電磁波吸收材料，應用于電磁屏蔽或電磁防護設施，開拓了石墨烯和二硫化鉬復合材料的新用途，為電磁波吸收材料提供了新的選擇；
[0038](2)本發明提供了一種電磁波吸收材料，具有較強的電磁波吸收性能，石墨烯(尤其是還原氧化石墨烯)具有表面能大、密度小等特點，而二硫化鉬的引進使還原氧化石墨烯的導電性下降，電磁波能順利進入復合材料中進而被吸收，從而制備得到質輕、吸收頻帶寬、吸收能力強的新型吸波材料；
[0039](3)本發明提供的材料成本低廉、制備工藝簡單、密度小，具有良好的電磁波吸收性能且穩定性好，因此在電磁波吸收、屏蔽等領域有較大的應用前景。
【附圖說明】
[0040]圖1為實施例1制備得到的石墨烯和二硫化鉬的復合材料的掃描電子顯微鏡(SEM)圖；