拌均勻；放入冰水浴中加入KMnO4 9g，冰水浴12小時;升溫至35 °C恒溫I小時；而后升溫至60 °C，恒溫18小時；冷卻至室溫，加入200ml冰水稀釋均勻;逐滴加入雙氧水至溶液無氣泡產(chǎn)生且顏色變?yōu)榱咙S色;靜置24小時后用10%鹽酸洗滌離心4次，而后用水洗滌離心3次，得到氧化石墨烯膠體；取一定量膠體干燥得到氧化石墨稀，計算氧化石墨稀膠體濃度，濃度為19.24mg/ml ；
[0034]2)將5ml梓檬酸加入到95ml去離子水中，攪拌均勾；取800mg Fe304納米粒子分散于上述檸檬酸溶液中，將溶液超聲2分鐘后機械攪拌10分鐘，得到濃度為8mg/ml Fe3O4納米粒子的懸浮液；
[0035]3)按氧化石墨稀:Fe304納米粒子=200mg: 16Omg，取氧化石墨稀膠體10.4mI，F(xiàn)e3〇4納米粒子懸浮液20ml進行混合，得到Fe3O4/氧化石墨烯混合溶液;將混合溶液加水稀釋至體積為50ml ；機械攪拌30分鐘，使混合均勾；
[0036]4)將混合溶液轉(zhuǎn)移至玻璃皿中，在真空度為0.06MPa的條件下干燥24小時，得到Fe3O4/氧化石墨烯復合材料薄膜;抽真空將真空度提高至0.02MPa，而后升溫至120 V，恒溫12小時；而后繼續(xù)升溫至160°C再恒溫12小時，干燥箱內(nèi)冷卻至室溫得到Fe3O4/石墨烯復合膜材料。
[0037]根據(jù)上述發(fā)明所舉的方法，可以制備出Fe3O4/石墨烯復合膜材料，其特征如下:
[0038]I)對所制備的樣品進行X-線衍射分析，結(jié)合對比標準衍射峰TOF卡片，可以看到氧化石墨稀(GO)、還原氧化石墨稀(rGO)以及Fe304/石墨稀復合膜材料的明顯的特征衍射峰位。初步判斷氧化石墨稀經(jīng)160 °C加熱后發(fā)生了還原反應，同樣，氧化石墨稀與Fe3(k納米粒子混合溶液經(jīng)過加熱處理，氧化石墨烯發(fā)生了去氧化過程，得到了由還原氧化石墨烯和Fe3O4納米粒子組成的復合膜材料。
[0039]2)為了獲得復合膜材料的表面形貌特征，我們對所制備的樣品進行了掃描電子顯微鏡分析。結(jié)果表明，還原氧化石墨烯膜呈現(xiàn)出典型的褶皺結(jié)構(gòu)，F(xiàn)e3O4納米粒子則為規(guī)則的球形，大小均勾，顆粒尺寸為20nm到50nm，由于石墨稀的存在，復合物中Fe3(k納米粒子分布均勻，顯示出優(yōu)異的分散性。
[0040]3)采用X-射線光電子能譜分析了樣品的成分和化學結(jié)合狀態(tài)。對氧化石墨烯進行熱還原得到的樣品的Cls的X-射線光電子能譜圖去卷積處理后結(jié)果顯示，284.5eV、285.86￥、286.96￥、288.36￥和289.26￥可以分別歸屬為8?20 = (:、8?3(:-(:、(:-0!1、0 = 0和0 =(:-OH基團，287.8eV對應于C-O-C官能團，290.3eV對應于JT-JT*振動衛(wèi)星峰。Fe元素的結(jié)合能與Fe3O4的2P3/2的結(jié)合能(708.16￥)—致，而位于718.66￥的峰位則為2?3/2的衛(wèi)星峰。由于樣品中Fe3O4納米粒子的含量少(與還原氧化石墨烯復合后為1.6mg)，因此X-射線光電子能譜特征峰強度較弱。對復合薄膜樣品中的氧元素進行了 X-射線光電子能譜分析，其中532.0eV的結(jié)合能對應于C-O-C，533.0eV的結(jié)合能對應于H20,533.8eV的結(jié)合能對應于OH-O，而531.0eV的結(jié)合能對應于O = C。
[0041 ] 4)用傅里葉變換紅外光譜儀對樣品進行分析。結(jié)果表明，G0曲線在3421cm—1處對應的吸收峰應為-OH的伸縮振動峰，1739cm—1處屬于C = O鍵的伸縮振動峰，1626cm—1處屬于C-OH的彎曲振動吸收峰，1171cm—1與1044cm—1處應是C-O-C的振動吸收峰。曲線rGO和Fe3O4/rGO，在1738cm—1與1734cm—1處對應的是C = O雙鍵的伸縮振動峰，1233cm—1與1245cm—1處是C-O的伸縮振動峰。對于Fe3O^rGO曲線，F(xiàn)e-O鍵的吸收峰應在580cm—1附近出現(xiàn)，但測試樣品中并未出現(xiàn)該吸收峰，可能與樣品中Fe3O4含量較少有關(guān)。
[0042]5)使用超導量子干涉儀對樣品進行磁性分析，分別對純Fe3O4納米粒子粉末以及不同質(zhì)量的復合膜材料樣品進行測試。結(jié)果表明，純Fe3O4納米粒子的飽和磁化強度約為96.2emu/g，矯頑力大小約為126.30e ；復合膜材料的飽和磁化強度變?yōu)?3.7emu/g( 1.6mg)、37.0 emu/g (I.0mg)、16.2emu/g(0.5mg)?？梢钥闯觯S著Fe3(k納米粒子含量的增加，復合膜的飽和磁化強度呈現(xiàn)增大的趨勢，但是矯頑力大小基本未改變，說明與石墨烯膜復合沒有改變Fe3O4納米粒子的各向異性場，即軟磁性質(zhì)沒有發(fā)生變化。由于復合膜材料中納米粒子被石墨烯片層包覆且含量較低，飽和磁化強度必然較純Fe3O4納米粒子有所降低。
【主權(quán)項】
1.一種Fe3O4/石墨烯復合膜的制備方法，其特征在于，產(chǎn)物通過x-射線衍射、x-射線光電子能譜、傅立葉變換紅外光譜分析，薄膜材料為Fe3O4/石墨烯的復合物;掃描電子顯微鏡觀察，F(xiàn)e3(k納米粒子呈球狀，且分布均勾，尺寸大小范圍為20nm到50nm;采用超導量子干涉儀對樣品進行磁性能測試，結(jié)果表明復合薄膜材料具有鐵磁性質(zhì)。2.一種Fe3O4/石墨烯復合膜的制備方法，其特征在于，該發(fā)明包括如下步驟: 1)采用改進的Hmnmers方法，制備氧化石墨稀膠體； 2)采用檸檬酸作為分散劑，經(jīng)過超聲分散和機械攪拌后得到Fe3O4納米粒子懸浮液； 3)將一定比例的氧化石墨稀膠體與Fe3(k納米粒子懸浮液進行混合，經(jīng)機械攪拌得到復合材料的混合溶液； 4)將復合材料混合溶液轉(zhuǎn)移至玻璃器皿中并進行真空干燥處理，干燥結(jié)束后采用低溫階梯加熱還原法得到石墨稀基復合膜材料。3.如權(quán)利要求書2所述的一種Fe304/石墨稀復合膜的制備方法，其特征在于，步驟I)制備一定質(zhì)量濃度的氧化石墨稀膠體。4.如權(quán)利要求書2所述的一種Fe3O4/石墨烯復合膜的制備方法，其特征在于，步驟2)選用朽1檬酸作為Fe304納米粒子的分散劑，梓檬酸:水=1:19。5.如權(quán)利要求書2所述的一種Fe3O4/石墨烯復合膜的制備方法，其特征在于，步驟2)中的超聲時間在5分鐘以內(nèi)，優(yōu)選2分鐘;機械攪拌時間為5至15分鐘，優(yōu)選10分鐘。6.如權(quán)利要求書2所述的一種Fe3O4/石墨烯復合膜的制備方法，其特征在于，步驟3)中的材料的質(zhì)量比例為氧化石墨稀:Fe304納米粒子=200mg: 160mg/2 O Omg: 80mg/200mg: 4 Omg，優(yōu)選 200mg: 160mgo7.如權(quán)利要求書2所述的一種Fe3O4/石墨烯復合膜的制備方法，其特征在于，步驟3)中的混合溶液的攪拌時間10至60分鐘，優(yōu)選30分鐘。8.如權(quán)利要求書2所述的一種Fe3O4/石墨烯復合膜的制備方法，其特征在于，步驟4)的真空干燥中真空度為0.05MPa至0.08MPa，優(yōu)選0.06MPa ；干燥溫度為60°C，時間24小時。9.如權(quán)利要求書2所述的一種Fe3O4/石墨烯復合膜的制備方法，其特征在于，步驟4)干燥后真空度提高至0.02MPa，升溫至120 °C恒溫12小時，而后升溫至160 °C恒溫12小時，干燥箱內(nèi)冷卻至室溫。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種Fe3O4/石墨烯復合膜的制備方法。概括地講，本發(fā)明是采用氧化石墨烯和Fe3O4納米粒子按一定比例進行混合得到混合物溶液的過程，在經(jīng)過干燥和低溫階梯加熱還原的情況下，制備一種Fe3O4/石墨烯復合膜的方法。該發(fā)明所制備的產(chǎn)物復合狀況良好，F(xiàn)e3O4納米粒子分散均勻，復合膜具有鐵磁性能。本發(fā)明的方法簡單，容易控制，便于工業(yè)化生產(chǎn)。制備出來的自支撐復合薄膜在信息、電子、能源、生物和軍工等領域具有廣闊的應用前景。
【IPC分類】H01F41/22, H01F10/20, H01F41/30
【公開號】CN105609305
【申請?zhí)枴緾N201610034514
【發(fā)明人】王欣, 馬存慶, 楊開宇
【申請人】吉林大學
【公開日】2016年5月25日
【申請日】2016年1月19日