/石墨烯复合膜的制备方法
【技术领域】
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[0001 ]本发明涉及一种Fe3O4/石墨烯复合膜的制备方法，概括地讲，本发明是将氧化石墨烯胶体与Fe3O4纳米粒子均匀混合后，再经过干燥和低温阶梯加热还原处理制备的一种Fe304/石墨稀复合膜材料的方法。
【背景技术】
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[0002]随着纳米技术的不断开发和应用，纳米材料受到越来越多的科研机构和生产厂商的关注，磁性纳米粒子的应用范围更加广泛，涵盖了电磁兼容技术、磁数据存储、静电复印技术、磁共振成像、靶向药物输运、生物传感器、磁热疗法、磁分离、免疫检测等。一直以来，纳米量级的金属颗粒，例如Fe，FePt，FeC0等合金广泛应用于生物医学领域，它们拥有非常高的饱和磁化强度，但是存在高度毒性和空气中极易发生氧化的问题;相比之下，金属氧化物颗粒，例如Fe304、γ ’_Fe203无毒、化学性质稳定、生物可降解、致癌率低、易于合成以及不易发生氧化等优势，而且当颗粒尺寸小于20nm时具有超顺磁特性，广泛研究用于核磁成像造影剂。但是这类金属氧化物纳米颗粒磁性较弱，而且同时也存在易于团聚的现象。
[0003]此外，伴随通讯事业以及军事和商用雷达系统的发展，电磁干扰问题成为了影响电子设备正常运行的首要问题，会发生类似设备突然失控不能正常使用、军事上带有信息的电磁波发生信息泄露的问题;而且研究表明，电磁信号对人体也会造成危害，人们长期暴露在高能量的电磁波环境下，身体的正常机能可能会受到影响，造成各种疾病。为此，迫切需要研究能够有效吸收电磁波的吸波材料。在过去的几十年里，科学工作者开展了深入而且广泛的研究，开发了诸如碳基材料、铁氧体以及导电聚合物等具有吸波性质的材料。如果按照研究时期分类的话，铁氧体、石墨、导电纤维等材料属于传统型微波吸收材料，纳米材料、手性材料、导电高聚物等可以归属为新型吸波材料。铁氧体是研究较多也较成熟的吸波材料。它的优点是吸收效率高、涂层薄、使用频带宽泛。但是不足之处是相对密度大，往往会额外增加部件的重量，以至于影响部件的整体性能，另外一点就是高频吸波效应尚待提高。随着科技的迅速发展，对吸波材料提出了更高的要求，形成了新的研究方向，其中包括发展质量轻和厚度薄的薄膜，不影响飞行器机动性能的吸波材料;发展具有耐高温、耐腐蚀等适应复杂环境能力，并且具有较高的可维护性和较长使用寿命的吸波材料。
[0004]自从人类成功制备出石墨烯以来，其优异的物理化学特性迅速引起了科学界极大的关注，研究人员对这种新材料进行了大量探索。石墨烯是由碳原子组成的六角形平面薄膜，仅仅只有一个碳原子厚度，具有超高的载流子迀移率、电导率、热导率和强度。石墨烯独特的物理化学性质、力学性质和生物学特性决定了这类材料具有十分广阔的应用领域，包括电子信息、能源、环境、医药以及航空航天国防领域等。而作为家族成员之一的还原氧化石墨烯中残余的缺陷和基团不仅可以提高其阻抗匹配特性，也能迅速的使其转变到费米能级的状态，还可发生极化弛豫和基团的电偶极子弛豫，这些均有利于散射和吸收电磁波，成为极具潜力的微波吸收材料。自2006年至今，科学工作者对Fe3O4/石墨烯复合材料已开展了大量的研究。目前这类复合材料常用的制备方法包括水/溶剂热法，共沉淀法，微波辅助合成法，溶胶凝胶法，原位自组装法，离位杂化法等。使用不同方法得到的复合材料其性能也各有优劣，较单一的材料而言，复合材料的性能得到了改善和提高。
[0005]本发明在于提出了一种简单易操作的集掺杂和成膜为一体的制备方法，通过石墨烯膜大的比表面积来有效提高Fe3O4纳米颗粒的分散度，在保持高的饱和磁化强度的前提下，提尚磁性颗粒的利用率。基于石墨稀独特的性质和尚效发挥Fe3C>4纳米颗粒的磁性性能，综合以上提出的应用方面，采用本发明提出的制备方法所得到的Fe3O4/石墨烯复合薄膜材料有望拥有更大的应用前景和实用价值。
【发明内容】
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[0006]本发明提出了一种Fe3O4/石墨烯复合膜的制备方法，该方法的突出优点是选取低温阶梯加热还原的方法制备出Fe3O4/石墨烯复合膜材料，薄膜厚度、均匀性易控制，成本低，操作简单易于实现;该方法相对氧化石墨烯的高温还原以及化学还原等方法而言，其还原温度低，功耗低，杂质引入少，可得到性能优良的还原氧化石墨烯复合材料薄膜。
[0007]一种Fe3O4/石墨烯复合膜的制备方法的具体步骤如下:
[0008]I)利用改进的Hmimers方法，制备氧化石墨稀胶体；
[0009]2)利用柠檬酸作为分散剂将Fe3O4纳米粒子分散于超纯水中，并经超声分散和机械搅拌得到Fe304纳米粒子悬浮液；
[0010]3)利用氧化石墨稀胶体按一定比例与Fe3(k纳米粒子悬浮液进行混合并经机械搅拌得到复合材料的混合溶液；
[0011 ] 4)利用复合材料混合溶液转移至玻璃皿中低真空干燥，干燥结束后在高真空的条件下采用低温阶梯加热还原法得到石墨烯复合材料薄膜。
[0012]本发明中，步骤I)中的氧化石墨烯胶体制备，取样干燥后计算氧化石墨烯胶体浓度。
[0013]本发明中，步骤2)中的柠檬酸与水比例为1:19。
[0014]本发明中，步骤2)中的超声分散，超声时间为2分钟，超声后机械搅拌1分钟。
[0015]本发明中，步骤3)中机械搅拌时间为30分钟。
[0016]本发明中，步骤4)中60°C下真空干燥24小时，真空度为0.06MPa;干燥完成后抽真空，真空度提高到0.02MPa，持续升温至120°C，恒温12小时;而后继续升温至160°C恒温12小时。箱内冷却至室温，用镊子小心取下玻璃器皿中的复合膜，即制得Fe3O4/石墨烯复合膜材料。
[0017]一种Fe3O4/石墨烯复合膜的制备方法，其特征在于，结合X-射线衍射、X-射线光电子能谱、傅立叶变换红外光谱测试发现，复合薄膜材料为Fe3(k纳米粒子与还原氧化石墨稀复合物;通过扫描电子显微镜观察，Fe3O4纳米粒子与石墨烯片层结合良好，颗粒尺寸为20nm至Ij50nm，还原氧化石墨烯膜呈现出典型的褶皱结构，薄膜厚度小于Ιμπι;采用超导量子干涉仪进行磁性性能表征，发现加入Fe3O4纳米粒子的复合材料薄膜磁性良好，饱和磁化强度高。
【附图说明】
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[0018]图1是实施实例中氧化石墨烯，还原氧化石墨烯，Fe3O4/石墨烯复合膜材料的X-射线衍射图。
[0019]图2是实施实例中Fe3O4/石墨烯复合膜材料表面形貌的扫描电子显微镜图，放大倍数为300倍。
[0020]图3是实施实例中Fe3O4/石墨烯复合膜材料表面形貌的扫描电子显微镜图，放大倍数为5000倍。
[0021]图4是实施实例中Fe3O4/石墨烯复合膜材料表面形貌的扫描电子显微镜图，放大倍数为30000倍。
[0022]图5是实施实例中Fe3O4/石墨烯复合膜材料表面形貌的扫描电子显微镜图，放大倍数为50000倍。
[0023]图6是实施实例中还原氧化石墨烯Cls芯能级的X-射线光电子能谱图。
[0024]图7是实施实例中Fe3O4/石墨烯复合膜材料Cls芯能级的X-射线光电子能谱图。
[0025]图8是实施实例中Fe3O4/石墨烯复合膜材料的Fe2p的X-射线光电子能谱图。
[0026]图9是实施实例中Fe304/石墨稀复合膜材料的Ols芯能级的X-射线光电子能谱图。
[0027]图10是实施实例中氧化石墨烯，还原氧化石墨烯，Fe3O4/石墨烯复合膜材料的傅里叶变换红外光谱图。
[0028]图11是实施实例中纯Fe3O4纳米粒子的磁滞回线图。
[0029]图12是实施实例中不同质量Fe3O4/石墨烯复合膜材料的磁滞回线图。
[0030]【具体实施方式】如下:
[0031 ] 实施实例:
[0032]一种Fe3O4/石墨烯复合膜的制备方法的实验条件及参数如下:
[0033]I)在锥形瓶中将1.5g NaNO3溶于69ml浓硫酸中加入2g石墨，搅