本發(fā)明屬于納米復合材料及其制備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種具有優(yōu)異的吸波及電磁屏蔽性能的復合材料及其制備方法。

背景技術(shù)：

近些年來，隨著電子設(shè)備的快速發(fā)展，電磁波作為信息傳播的載體已經(jīng)在軍事、航空航天、民用等領(lǐng)域廣泛應用。然而，電磁波卻帶來了諸多問題，如電磁干擾、電磁輻射等，這些都對人們的身體健康帶來巨大挑戰(zhàn)。

界面阻抗和輻射能量損失是決定吸波材料的兩個重要因素。吸波材料的性能受介電值ε、磁導率值μ和電導率值δ影響，這些參數(shù)是吸波劑的結(jié)構(gòu)和性能的直觀反映。科研工作者們通過調(diào)整材料的電導率、介電常數(shù)和磁導率值以求低界面阻抗和高微波損耗。目前，人們已經(jīng)研究了金屬粉末、陶瓷、鐵氧體等材料的吸波性能，但是它們中的大多數(shù)由于密度大、不穩(wěn)定等而不能實際應用。

電磁屏蔽是抑制干擾、實現(xiàn)電磁保護的有效手段之一。當電磁輻射由空氣射向屏蔽材料時，在材料的表面會產(chǎn)生反射、折射現(xiàn)象，在材料內(nèi)部會發(fā)生多次反射現(xiàn)象。電磁屏蔽就是利用材料對電磁輻射的反射和折射現(xiàn)象來實現(xiàn)抑制輻射的目的。屏蔽效能SE是衡量材料電磁屏蔽性能的因素,它包括屏蔽材料的吸收效能SE_A、屏蔽體表面的反射效能SE_R和屏蔽體內(nèi)部的多次反射效能SE_M。反射與空氣和材料的阻抗匹配有關(guān)，吸收可以認為是電磁波在材料中的能量衰減，多次反射代表了材料內(nèi)部不均勻性所導致的散射效應，其主要發(fā)生在內(nèi)部大面積界面的材料中，如多孔材料、網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)材料等。

和傳統(tǒng)的基于金屬的電磁屏蔽材料相比，石墨烯導電高分子材料由于質(zhì)輕、抗腐蝕、加工工藝簡單、表面積大、介電值高等優(yōu)點備受人們關(guān)注。然而，純石墨烯的導電性和電磁性能由于太高而不能滿足阻抗匹配，因此人們將其與其它材料復合進行研究。二硫化鉬是一種半導體材料，具有高的電子遷移率，在電催化、光催化、電池、生物、傳感和電子設(shè)備等領(lǐng)域有廣泛應用。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有材料僅具有單一的吸波性能，或者電磁屏蔽性能的不足，提供了一種可同時具有優(yōu)異的吸波及電磁屏蔽性能的復合材料，即所述的復合材料具有提高吸波量或加寬頻率吸收段的用途，也可以使得大部分電磁波被吸收而不是被反射。

本發(fā)明提供的具有優(yōu)異的吸波及電磁屏蔽性能的復合材料，所述的復合材料包括rGO@MoS₂粒子和PVDF，所述的rGO@MoS₂粒子在復合材料中的質(zhì)量分數(shù)為2.5～30wt％。當所述的質(zhì)量分數(shù)為5wt％時，所述的復合材料具有吸波性能；當所述的質(zhì)量分數(shù)為25wt％時，所述的復合材料具有屏蔽性能。

所述的具有優(yōu)異的吸波及電磁屏蔽性能的復合材料的制備方法，包括以下步驟：

第一步，將氧化石墨烯GO與MoS₂以質(zhì)量比為1:1～4:1，溶于去離子水中，超聲1～2h使二者混合均勻成第一混合液。

優(yōu)選地，GO與MoS₂的質(zhì)量比為2:1。

第二步，將第一混合液置于85～95℃油浴中，5～10min后，加入水合肼，反應2～3h。最后再超聲2～4h。

第三步，將超聲后的產(chǎn)物離心，依次用水和乙醇洗滌，干燥，得到分散均勻的rGO@MoS₂粒子。

第四步，將PVDF(聚偏氟乙烯)溶于30mL N，N-二甲基甲酰胺中，超聲直至得到透明的第二混合液。

第五步，將rGO@MoS₂粒子溶于上述第二混合液中，機械攪拌得到黑色懸浮液。將所述的黑色懸浮液轉(zhuǎn)入蒸發(fā)皿中，置于70～100℃的烘箱中4h，蒸發(fā)溶劑后制得rGO@MoS₂/PVDF復合材料。

所述的rGO@MoS₂/PVDF復合材料中，rGO@MoS₂粒子的質(zhì)量分數(shù)為2.5～30wt％。當所述的質(zhì)量分數(shù)為5wt％時，所述的復合材料具有吸波性能；當所述的質(zhì)量分數(shù)為25wt％時，所述的復合材料具有屏蔽性能。

與現(xiàn)有的吸波材料相比，本發(fā)明的復合材料具有以下幾點優(yōu)勢：

(1)本發(fā)明提供的復合材料制備工藝簡單，二硫化鉬僅通過超聲就可以均勻地分散在rGO中而無需進行其他處理。

(2)本發(fā)明提供的復合材料中所需的二硫化鉬納米球穩(wěn)定，且與氧化石墨烯復合的成功率很高，有望大量生產(chǎn)。

(3)本發(fā)明制備的吸波材料與PVDF混合后，不僅極大地提高了材料的吸波量，而且加寬了頻率吸收段，故改善了材料的吸波性能。

(4)本發(fā)明提供的復合材料同時具有優(yōu)異的吸波及電磁屏蔽性能。

(5)本發(fā)明提供的復合材料的制備過程多數(shù)為物理方法，操作簡便，耗時少，耗能少，且無需使用其他化學試劑從而做到綠色環(huán)保。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實施例1中制備的rGO@MoS₂粒子的掃描電子顯微鏡(SEM)圖片；

圖2為本發(fā)明制備的5.0wt％rGO@MoS₂/PVDF 1～5mm厚度下的反射損耗曲線圖；

圖3A～3C分別為本發(fā)明制備的25.0wt％rGO@MoS₂/PVDF復合材料的SE_Total、SE_A和SE_R值隨頻率變化關(guān)系曲線。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進行詳細說明。

本發(fā)明提供一種具有優(yōu)異的吸波及電磁屏蔽性能的復合材料及其制備方法，所述的復合材料包括rGO@MoS₂粒子和PVDF，所述的rGO@MoS₂粒子在復合材料中的質(zhì)量分數(shù)為2.5～30wt％。當所述的質(zhì)量分數(shù)為5wt％時，所述的復合材料具有吸波性能；當所述的質(zhì)量分數(shù)為25wt％時，所述的復合材料具有屏蔽性能。

上述具有優(yōu)異的吸波及電磁屏蔽性能的rGO@MoS₂/PVDF復合材料的制備方法，包括如下步驟：

第一步，將GO與MoS₂以質(zhì)量比為1:1～4:1，溶于去離子水中，超聲1～2h使二者混合均勻成第一混合液。

第二步，將第一混合液置于85～95℃油浴中，5～10min后，加入水合肼，反應2～3h。最后再超聲2～4h。其中加入水合肼的量為去離子水體積的0.05％。

第三步，將超聲后的產(chǎn)物離心，依次用水和乙醇洗滌，干燥，得到分散均勻的rGO@MoS₂粒子。

第四步，將PVDF溶于30mLN，N-二甲基甲酰胺中，超聲直至得到透明的第二混合液。

第五步，將rGO@MoS₂粒子溶于上述第二混合液中，機械攪拌得到黑色懸浮液。將所述的黑色懸浮液轉(zhuǎn)入蒸發(fā)皿中，置于70～100℃的烘箱中4h，蒸發(fā)溶劑后制得rGO@MoS₂/PVDF復合材料。

所述的rGO@MoS₂/PVDF復合材料中，rGO@MoS₂粒子的質(zhì)量分數(shù)為2.5～30wt％。

實施例1：

第一步，制備rGO@MoS₂粒子。

將氧化石墨烯GO與二硫化鉬以質(zhì)量比為2:1，總質(zhì)量為60mg溶于60mL水中，超聲1h使二者混合均勻，形成第一混合液。將第一混合液置于90℃油浴中，10min后，加入32μL水合肼，反應2h。最后再超聲3h。將超聲后的產(chǎn)物離心，依次用水和乙醇洗滌，干燥，得到分散均勻的rGO@MoS₂粒子。其形貌如圖1所示，二硫化鉬粒子均勻的分散在rGO中且無團聚現(xiàn)象。

第二步，5wt％的rGO@MoS₂/PVDF的制備。

將第一步所制的rGO@MoS₂粒子與PVDF以質(zhì)量比為1：19，總質(zhì)量為0.2g稱取。

將PVDF溶于30mL N，N-二甲基甲酰胺中，超聲直至得到透明混合液。將稱量好的rGO@MoS₂粒子溶于上述透明混合液中，機械攪拌得到黑色懸浮液。將所述的黑色懸浮液轉(zhuǎn)入蒸發(fā)皿中，于70℃的烘箱中放置4h蒸發(fā)溶劑后制得rGO@MoS₂/PVDF復合材料。

采用熱壓法對所述的5wt％rGO@MoS₂/PVDF復合材料進行壓片，并用同軸法進行吸波測試。測試結(jié)果如圖2所示，通過理論計算，我們發(fā)現(xiàn)當厚度在1～5mm變化，反射損耗最低為-43.1dB，對應壓片厚度為2mm，頻率為14.48GHz，表現(xiàn)出最優(yōu)的吸波性能。其中反射損耗低于-10dB的頻率范圍為3.6～18GHz，表現(xiàn)出寬頻吸收。

實施例2：

25wt％的rGO@MoS₂/PVDF復合材料的制備。

第一步，制備rGO@MoS₂粒子。

將氧化石墨烯GO與二硫化鉬以質(zhì)量比為1:1，總質(zhì)量為60mg溶于60mL水中，超聲1h使二者混合均勻，形成第一混合液。將第一混合液置于90℃油浴中，10min后，加入32μL水合肼，反應2h。最后再超聲3h。將超聲后的產(chǎn)物離心，依次用水和乙醇洗滌，干燥，得到分散均勻的rGO@MoS₂粒子。其形貌如圖1所示，二硫化鉬粒子均勻的分散在rGO中且無團聚現(xiàn)象。

第二步，將第一步制得的rGO@MoS₂粒子與PVDF以總質(zhì)量為0.2g，質(zhì)量比為1：3進行稱取。

將PVDF溶于30mL N，N-二甲基甲酰胺中，超聲直至得到透明混合液。將稱量好的rGO@MoS₂材料溶于上述透明混合液中，機械攪拌得到黑色懸浮液。將制備的黑色懸浮液轉(zhuǎn)入蒸發(fā)皿中，于70℃的烘箱中放置4h蒸發(fā)溶劑后制的rGO@MoS₂/PVDF復合材料。

采用熱壓法對所制備的25wt％rGO@MoS₂/PVDF復合材料進行壓片，并用同軸法保存S參數(shù)來計算屏蔽性能。其屏蔽性能如圖3所示。從圖3A～3C可知，當rGO@MoS₂/PVDF含量為25wt％時表現(xiàn)出最優(yōu)的屏蔽性能，總的屏蔽效能值最大可達到27.9dB。通過計算分析得出大部分電磁波被吸收而不是被反射。

采用與實施例1相同的工藝條件和工藝參數(shù)，分別制備得到rGO@MoS₂的含量為2.5wt％、5.0wt％、10wt％、20wt％、25wt％、30wt％的rGO@MoS₂/PVDF復合材料，對其進行實施例2中所示的屏蔽性能測試，結(jié)果顯示如圖3A～3C所示。所述復合材料的屏蔽性能SE_Total隨著頻率的增加而增加，隨著rGO@MoS₂含量的增加基本呈上升趨勢，當rGO@MoS₂的含量為25wt％時，SE_Total的值最大可達27.9dB。我們計算得出了電磁波吸收效能SE_A以及反射效能SE_R。發(fā)現(xiàn)SE_A隨頻率、含量的變化關(guān)系與SE_Total相同。rGO@MoS₂的含量為25wt％時，表現(xiàn)出最優(yōu)的吸收性能，其中SE_A的值最大可達24.3dB。而反射效能SE_R和與所述的含量沒有明顯的變化規(guī)律。通過分析三者的值可以得出大部分電磁波被吸收而不是被反射。