一種碳納米管鈦酸鋇聚苯胺復(fù)合材料的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及吸波材料領(lǐng)域，具體涉及一種碳納米管鈦酸鋇聚苯胺復(fù)合材料的制備方法。該方法在碳納米管鈦酸鋇復(fù)合材料的表面包覆聚苯胺，得到碳納米管鈦酸鋇聚苯胺復(fù)合材料。該材料不僅具備高介電性能，并且其阻抗匹配頻率可調(diào)得到了調(diào)節(jié)，在制備過(guò)程中可以通過(guò)對(duì)加入酸的濃度達(dá)到對(duì)導(dǎo)電性能的控制，得到更好的阻抗匹配吸波頻率可調(diào)的吸波材料。
【專利說(shuō)明】一種碳納米管鈦酸鋇聚苯胺復(fù)合材料的制備方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及吸波材料領(lǐng)域，具體涉及一種碳納米管鈦酸鋇聚苯胺復(fù)合材料的制備方法。

【背景技術(shù)】
[0002]隨著現(xiàn)代微波電子技術(shù)與現(xiàn)代雷達(dá)的飛速發(fā)展，電磁波輻射對(duì)環(huán)境的影響日益增大，在繼噪音污染、空氣污染、水污染之后，電磁波污染已經(jīng)成了威脅人類生存的第四大公害，對(duì)電磁輻射的防護(hù)已越來(lái)越引起人們的重視。針對(duì)日常電磁污染的防護(hù)要求，設(shè)計(jì)及制備吸波材料是解決電磁污染危害的有效途徑。因此對(duì)電磁波吸收材料的研究具有非常重要的意義，制備性能優(yōu)異的吸波材料成為當(dāng)前的研究熱點(diǎn)。
[0003]長(zhǎng)期以來(lái)，人類生活在低電磁輻射水平的環(huán)境中，但隨著科學(xué)技術(shù)的日新月異，特別是電子工業(yè)及電子產(chǎn)品的迅猛發(fā)展，電子元器件的高度集成化、電子設(shè)備的高度微型化，使得生活環(huán)境的電磁輻射日益嚴(yán)重，從而造成環(huán)境的電磁污染。常見的電磁波對(duì)環(huán)境的污染，主要表現(xiàn)在下列幾方面:電磁干擾、電磁波泄露以及電磁輻射對(duì)人體健康帶來(lái)的危害等。隨著電磁輻射的危害越來(lái)越引起人們的關(guān)注，如何把電磁輻射對(duì)環(huán)境造成的污染減小到最低程度，保護(hù)環(huán)境，保護(hù)居民的身體健康，就成為一個(gè)重要的研究課題。目前，電磁防護(hù)的主要措施有電磁波屏蔽、電磁波吸收兩種方法。前者主要以反射電磁波能量的形式對(duì)電磁輻射進(jìn)行衰減；后者主要以吸收電磁波能量的形式對(duì)電磁輻射進(jìn)行衰減。電磁屏蔽一般是采用低電阻的金屬良導(dǎo)體或?qū)щ姌渲牧希?dāng)電磁輻射由空氣射向這些導(dǎo)體時(shí)，在金屬導(dǎo)體的表面將產(chǎn)生反射與折射現(xiàn)象，電磁屏蔽就是利用金屬導(dǎo)體對(duì)電磁輻射的反射效應(yīng)與吸收效應(yīng)來(lái)達(dá)到抑制電磁輻射的目的。而電磁波吸收是通過(guò)吸波材料對(duì)電磁波進(jìn)行吸收。吸波材料是一種使入射電磁波最大限度進(jìn)入材料內(nèi)部，并且能夠有效吸收衰減入射電磁波，并將其電磁能轉(zhuǎn)換成熱能而耗散掉或使電磁波因干涉而消失的一種功能材料。
[0004]各種碳系材料，包括碳黑，碳納米纖維，碳納米管及石墨烯，由于它們具有獨(dú)特的結(jié)構(gòu)，在電磁波領(lǐng)域逐漸被發(fā)掘，特別是碳納米管，其對(duì)電磁波具有更大的反射率，從而降低了電磁波的波長(zhǎng)，同時(shí)，多壁碳納米管的大高寬比使其具備非常大的界面面積，這有利于電子傳輸性和導(dǎo)電性，這些都顯示其在吸波材料領(lǐng)域具備巨大的潛能。
[0005]而目前，不論是吸波材料宏觀領(lǐng)域還是關(guān)于碳納米管應(yīng)用于吸波材料的微觀領(lǐng)域，均存在著空白。這從另一方面限制了吸波材料的發(fā)展。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]為了解決目前存在的上述問(wèn)題，本發(fā)明提供一種碳納米管鈦酸鋇聚苯胺復(fù)合材料的制備方法。采用該方法制備的復(fù)合材料具有優(yōu)異的吸波材料，該吸波材料具有高介電性能，并且其阻抗匹配頻率可調(diào)得到了調(diào)節(jié)。
[0007]為了達(dá)到上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:
一種碳納米管鈦酸鋇聚苯胺復(fù)合材料的制備方法，包括以下步驟:取30_50mg碳納米管鈦酸鋇復(fù)合材料，將其分散到20-30ml去離子水中，再加入20-25mg十二烷基苯磺酸鈉，超聲條件下反應(yīng)2h，得懸浮液；將5mmol苯胺單體和l_8ml的0.5_5mol/L的鹽酸，在不斷攪拌下，逐次添加至懸浮液體系中，得到懸浮體系；將5_01的過(guò)硫酸銨溶解到1ml的去離子水中，得到過(guò)硫酸銨溶液；將懸浮體系和過(guò)硫酸銨溶液均預(yù)冷至-1o-o°c，然后將過(guò)硫酸銨溶液滴以l_2ml/min的速度加至懸浮液體系中，在冰浴下反應(yīng)5_24h，最后將所得產(chǎn)物用去離子水和乙醇反復(fù)清洗至無(wú)色，得到碳納米管鈦酸鋇聚苯胺復(fù)合材料。
[0008]碳納米管鈦酸鋇復(fù)合材料雖然具有良好的吸波性能，但是其在阻抗匹配吸波頻率可調(diào)上卻存在著不足，通過(guò)將聚苯胺與碳納米管鈦酸鋇復(fù)合材料形成三元異質(zhì)結(jié)構(gòu)并制備得到三元復(fù)合材料后，從而實(shí)現(xiàn)導(dǎo)電性能可控，其實(shí)現(xiàn)形式是以調(diào)節(jié)加入的酸濃度達(dá)到的。
[0009]作為優(yōu)選，所述懸浮體系或滴加有硫酸銨溶液的懸浮體系中還加入10_30mg 二甲基亞諷。
[0010]隨著溫度的降低，會(huì)朝著有利于懸浮體系和過(guò)硫酸銨溶液的反應(yīng)進(jìn)行，但是隨著溫度的降低，反應(yīng)體系中會(huì)出現(xiàn)結(jié)冰現(xiàn)象，為了確保反應(yīng)能夠順利進(jìn)行，就要避免結(jié)冰對(duì)反應(yīng)的不利影響，當(dāng)加入二甲基亞砜后，不僅可以使得體系的冰點(diǎn)降低，同時(shí)二甲基亞砜能夠加速硫酸銨的反應(yīng)，促使反應(yīng)向正方向進(jìn)行。
[0011]作為優(yōu)選，所述懸浮體系或滴加有硫酸銨溶液的懸浮體系中還加入10-20mg的羧甲基纖維素。
[0012]在本發(fā)明中，在碳納米管鈦酸鋇復(fù)合材料包覆的聚苯胺與基材的結(jié)合強(qiáng)度不穩(wěn)定，加入羧甲基纖維素可以提高聚苯胺與基材的結(jié)合強(qiáng)度，省去了對(duì)制備的產(chǎn)品后續(xù)的處理工序，節(jié)省了工藝時(shí)間。從而不僅優(yōu)化了制備工藝，并且提高了產(chǎn)品的穩(wěn)定性能。
[0013]作為優(yōu)選，所述碳納米管鈦酸鋇復(fù)合材料的制備方法包括以下步驟:
(1)將碳納米管添加到濃硝酸中，在115°C下，攪拌反應(yīng)6小時(shí)，濃硝酸與碳納米管的重量比為50:1 ;反應(yīng)結(jié)束后，冷卻并過(guò)濾，然后采用去離子水將碳納米管清洗至中性；
(2)鈦酸鋇前驅(qū)體的制備
將5mmol的醋酸鋇溶解到5ml冰醋酸和20ml無(wú)水乙醇的混合溶液中，在60°C的水浴中攪拌30min，以充分溶解，得到溶液A ；
將5mmol鈦酸異丙酯溶解到1ml無(wú)水乙醇和Iml去離子水的混合溶液中，攪拌15min，使充分溶解，得到溶液B ;
按照Ba和Ti的摩爾比為1: 1，對(duì)B和A進(jìn)行計(jì)量，然后將計(jì)量好的溶液B加入到溶液A中，充分混勻后，在60°C水浴下反應(yīng)2-3h，最后在室溫下陳化24h以上后，得到鈦酸鋇前驅(qū)體；
(3)碳納米管鈦酸鋇復(fù)合材料的制備
將步驟(I)處理后的碳納米管10mg分散于40-60ml鈦酸鋇前驅(qū)體中，超聲分散30min后為懸浮液，再將懸浮液于40°C水浴中，攪拌條件下保持4h，最后將懸浮液過(guò)濾，所得產(chǎn)物于氬氣氣氛下，70(TC煅燒2-3h，得到碳納米管鈦酸鋇復(fù)合材料。
[0014]作為優(yōu)選，所述步驟(3)中，超聲前還加入50_80mg的乙二胺四乙酸二鈉。
[0015]由于聚苯胺在鈦酸鋇表面形成后結(jié)合強(qiáng)度不穩(wěn)定，乙二胺四乙酸二鈉能夠提高聚苯胺與鈦酸鋇的結(jié)合強(qiáng)度，從而聚苯胺的包覆厚度。
[0016]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的方法制備的面料具有以下優(yōu)點(diǎn): 1、本發(fā)明的碳納米管鈦酸鋇聚苯胺復(fù)合材料具備更好的吸波性能，其質(zhì)量較輕、其吸波頻段較寬、吸收率好；
2、本發(fā)明制備的復(fù)合材料不僅具備高介電性能，并且其阻抗匹配頻率可調(diào)得到了調(diào)節(jié);
3、本發(fā)明的制備方法，可以通過(guò)對(duì)加入酸的濃度達(dá)到對(duì)導(dǎo)電性能的控制，得到更好的阻抗匹配吸波頻率可調(diào)的吸波材料。
[0017]4、本發(fā)明的工藝步驟簡(jiǎn)單,能夠直接通過(guò)過(guò)硫酸銨反應(yīng)對(duì)包覆有鈦酸鋇的碳納米管進(jìn)行包覆。

【具體實(shí)施方式】
[0018]下面通過(guò)具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步描述說(shuō)明。
[0019]如果無(wú)特殊說(shuō)明，本發(fā)明的實(shí)施例中所采用的原料均為本領(lǐng)域常用的原料，實(shí)施例中所采用的方法，均為本領(lǐng)域的常規(guī)方法。
[0020]本發(fā)明采用的碳納米管鈦酸鋇復(fù)合材料的制備方法包括以下步驟:
(1)將碳納米管添加到濃硝酸中，在115°C下，攪拌反應(yīng)6小時(shí)，濃硝酸與碳納米管的重量比為50:1 ;反應(yīng)結(jié)束后，冷卻并過(guò)濾，然后采用去離子水將碳納米管清洗至中性；
(2)鈦酸鋇前驅(qū)體的制備
將5mmol的醋酸鋇溶解到5ml冰醋酸和20ml無(wú)水乙醇的混合溶液中，在60°C的水浴中攪拌30min，以充分溶解，得到溶液A ；
將5mmol鈦酸異丙酯溶解到1ml無(wú)水乙醇和Iml去離子水的混合溶液中，攪拌15min，使充分溶解，得到溶液B ;
按照Ba和Ti的摩爾比為1: 1，對(duì)B和A進(jìn)行計(jì)量，然后將計(jì)量好的溶液B加入到溶液A中，充分混勻后，在60°C水浴下反應(yīng)2-3h，最后在室溫下陳化24h以上后，得到鈦酸鋇前驅(qū)體；
(3)碳納米管鈦酸鋇復(fù)合材料的制備
將步驟(I)處理后的碳納米管10mg分散于40-60ml鈦酸鋇前驅(qū)體中，超聲分散30min后為懸浮液，再將懸浮液于40°C水浴中，攪拌條件下保持4h，最后將懸浮液過(guò)濾，所得產(chǎn)物于氬氣氣氛下，70(TC煅燒2-3h，得到碳納米管鈦酸鋇復(fù)合材料。
[0021]本發(fā)明采用的另一種碳納米管鈦酸鋇復(fù)合材料的制備方法包括以下步驟:
步驟(I)和(2)與上述相同，步驟(3)中，在超聲前還加入50-80mg的乙二胺四乙酸二鈉。
[0022]將采用這兩種方法制備的碳納米管鈦酸鋇復(fù)合材料用于以下各實(shí)施例。
[0023]實(shí)施例1
一種碳納米管鈦酸鋇聚苯胺復(fù)合材料的制備方法，包括以下步驟:取30mg碳納米管鈦酸鋇復(fù)合材料，將其分散到30ml去離子水中，再加入20mg十二烷基苯磺酸鈉，超聲條件下反應(yīng)2h,得懸浮液；將5mmol苯胺單體和Iml的5mol/L的鹽酸,在不斷攪拌下,逐次添加至懸浮液體系中，得到懸浮體系的過(guò)硫酸銨溶解到1ml的去離子水中，得到過(guò)硫酸銨溶液；將懸浮體系和過(guò)硫酸銨溶液均預(yù)冷至(TC，然后將過(guò)硫酸銨溶液滴以lml/min的速度加至懸浮液體系中，在冰浴下反應(yīng)24h，最后將所得產(chǎn)物用去離子水和乙醇反復(fù)清洗至無(wú)色，得到碳納米管鈦酸鋇聚苯胺復(fù)合材料。
[0024]實(shí)施例2
一種碳納米管鈦酸鋇聚苯胺復(fù)合材料的制備方法，包括以下步驟:取50mg碳納米管鈦酸鋇復(fù)合材料，將其分散到20ml去離子水中，再加入25mg十二烷基苯磺酸鈉，超聲條件下反應(yīng)2h,得懸浮液；將5mmol苯胺單體和8ml的0.5mol/L的鹽酸,在不斷攪拌下,逐次添加至懸浮液體系中，得到懸浮體系；將5_01的過(guò)硫酸銨溶解到1ml的去離子水中，得到過(guò)硫酸銨溶液；將懸浮體系和過(guò)硫酸銨溶液均預(yù)冷至_rC，然后將過(guò)硫酸銨溶液滴以2ml/min的速度加至懸浮液體系中，在冰浴下反應(yīng)5h，最后將所得產(chǎn)物用去離子水和乙醇反復(fù)清洗至無(wú)色，得到碳納米管鈦酸鋇聚苯胺復(fù)合材料。
[0025]實(shí)施例3
一種碳納米管鈦酸鋇聚苯胺復(fù)合材料的制備方法，包括以下步驟:取30mg碳納米管鈦酸鋇復(fù)合材料，將其分散到30ml去離子水中，再加入20mg十二烷基苯磺酸鈉，超聲條件下反應(yīng)2h,得懸浮液；將5臟01苯胺單體和5ml的lmol/L的鹽酸,30mg 二甲基亞砜,在不斷攪拌下，逐次添加至懸浮液體系中，得到懸浮體系；將5_01的過(guò)硫酸銨溶解到1ml的去離子水中，得到過(guò)硫酸銨溶液；將懸浮體系和過(guò)硫酸銨溶液均預(yù)冷至_5°C，然后將過(guò)硫酸銨溶液滴以l_2ml/min的速度加至懸浮液體系中，在冰浴下反應(yīng)10h，最后將所得產(chǎn)物用去離子水和乙醇反復(fù)清洗至無(wú)色，得到碳納米管鈦酸鋇聚苯胺復(fù)合材料。
[0026]實(shí)施例4
一種碳納米管鈦酸鋇聚苯胺復(fù)合材料的制備方法，包括以下步驟:取40mg碳納米管鈦酸鋇復(fù)合材料，將其分散到25ml去離子水中，再加入25mg十二烷基苯磺酸鈉，超聲條件下反應(yīng)2h,得懸浮液；將5mmol苯胺單體和5ml的5ml的3mol/L的鹽酸，20mg 二甲基亞砜，1mg的羧甲基纖維素，在不斷攪拌下，逐次添加至懸浮液體系中，得到懸浮體系；將5mmol的過(guò)硫酸銨溶解到1ml的去離子水中，得到過(guò)硫酸銨溶液；將懸浮體系和過(guò)硫酸銨溶液均預(yù)冷至-10°C，然后將過(guò)硫酸銨溶液滴以l-2ml/min的速度加至懸浮液體系中，在冰浴下反應(yīng)24h，最后將所得產(chǎn)物用去離子水和乙醇反復(fù)清洗至無(wú)色，得到碳納米管鈦酸鋇聚苯胺復(fù)合材料。
[0027]實(shí)施例5
一種碳納米管鈦酸鋇聚苯胺復(fù)合材料的制備方法，包括以下步驟:取30mg碳納米管鈦酸鋇復(fù)合材料，將其分散到25ml去離子水中，再加入25mg十二烷基苯磺酸鈉，超聲條件下反應(yīng)2h,得懸浮液；將5mmol苯胺單體和5ml的5ml的2mol/L的鹽酸，1mg 二甲基亞砜，20mg的羧甲基纖維素，在不斷攪拌下，逐次添加至懸浮液體系中，得到懸浮體系；將5mmol的過(guò)硫酸銨溶解到1ml的去離子水中，得到過(guò)硫酸銨溶液；將懸浮體系和過(guò)硫酸銨溶液均預(yù)冷至-10°C，然后將過(guò)硫酸銨溶液滴以l-2ml/min的速度加至懸浮液體系中，在冰浴下反應(yīng)8h，最后將所得產(chǎn)物用去離子水和乙醇反復(fù)清洗至無(wú)色，得到碳納米管鈦酸鋇聚苯胺復(fù)合材料。
【權(quán)利要求】
1.一種碳納米管鈦酸鋇聚苯胺復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟:取30-50mg碳納米管鈦酸鋇復(fù)合材料，將其分散到20-30ml去離子水中，再加入20_25mg十二燒基苯磺酸鈉,超聲條件下反應(yīng)2h,得懸浮液；將5_01苯胺單體和l-8ml的0.5_5mol/L的鹽酸，在不斷攪拌下，逐次添加至懸浮液體系中，得到懸浮體系的過(guò)硫酸銨溶解到1ml的去離子水中，得到過(guò)硫酸銨溶液；將懸浮體系和過(guò)硫酸銨溶液均預(yù)冷至-10-0°C，然后將過(guò)硫酸銨溶液滴以l_2ml/min的速度加至懸浮液體系中,在冰浴下反應(yīng)5_24h,最后將所得產(chǎn)物用去離子水和乙醇反復(fù)清洗至無(wú)色，得到碳納米管鈦酸鋇聚苯胺復(fù)合材料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種碳納米管鈦酸鋇聚苯胺復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，所述懸浮體系或滴加有硫酸銨溶液的懸浮體系中還加入10-30mg 二甲基亞砜。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種碳納米管鈦酸鋇聚苯胺復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，所述懸浮體系或滴加有硫酸銨溶液的懸浮體系中還加入10-20mg的羧甲基纖維素。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種碳納米管鈦酸鋇聚苯胺復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，所述碳納米管鈦酸鋇復(fù)合材料的制備方法包括以下步驟: (1)將碳納米管添加到濃硝酸中，在115°C下，攪拌反應(yīng)6小時(shí)，濃硝酸與碳納米管的重量比為50:1 ;反應(yīng)結(jié)束后，冷卻并過(guò)濾，然后采用去離子水將碳納米管清洗至中性； (2)鈦酸鋇前驅(qū)體的制備 將5mmol的醋酸鋇溶解到5ml冰醋酸和20ml無(wú)水乙醇的混合溶液中，在60°C的水浴中攪拌30min，以充分溶解，得到溶液A ； 將5mmol鈦酸異丙酯溶解到1ml無(wú)水乙醇和Iml去離子水的混合溶液中，攪拌15min，使充分溶解，得到溶液B ; 按照Ba和Ti的摩爾比為1: 1，對(duì)B和A進(jìn)行計(jì)量，然后將計(jì)量好的溶液B加入到溶液A中，充分混勻后，在60°C水浴下反應(yīng)2-3h，最后在室溫下陳化24h以上后，得到鈦酸鋇前驅(qū)體； (3)碳納米管鈦酸鋇復(fù)合材料的制備 將步驟(I)處理后的碳納米管10mg分散于40-60ml鈦酸鋇前驅(qū)體中，超聲分散30min后為懸浮液，再將懸浮液于40°C水浴中，攪拌條件下保持4h，最后將懸浮液過(guò)濾，所得產(chǎn)物于氬氣氣氛下，70(TC煅燒2-3h，得到碳納米管鈦酸鋇復(fù)合材料。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種碳納米管鈦酸鋇聚苯胺復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，所述步驟(3)中，超聲前還加入50-80mg的乙二胺四乙酸二鈉。
【文檔編號(hào)】C09K3/00GK104371101SQ201410634040
【公開日】2015年2月25日 申請(qǐng)日期:2014年11月12日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月12日
【發(fā)明者】朱曜峰, 俞璐軍, 傅雅琴 申請(qǐng)人:浙江理工大學(xué)