一種碳納米管鈦酸鋇聚苯胺復合材料的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及吸波材料領域，具體涉及一種碳納米管鈦酸鋇聚苯胺復合材料的制備方法。該方法在碳納米管鈦酸鋇復合材料的表面包覆聚苯胺，得到碳納米管鈦酸鋇聚苯胺復合材料。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)，在制備過程中可以通過對加入酸的濃度達到對導電性能的控制，得到更好的阻抗匹配吸波頻率可調(diào)的吸波材料。
【專利說明】一種碳納米管鈦酸鋇聚苯胺復合材料的制備方法

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

【背景技術】
[0002]隨著現(xiàn)代微波電子技術與現(xiàn)代雷達的飛速發(fā)展，電磁波輻射對環(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，對電磁輻射的防護已越來越引起人們的重視。針對日常電磁污染的防護要求，設計及制備吸波材料是解決電磁污染危害的有效途徑。因此對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前的研究熱點。
[0003]長期以來，人類生活在低電磁輻射水平的環(huán)境中，但隨著科學技術的日新月異，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、電子設備的高度微型化，使得生活環(huán)境的電磁輻射日益嚴重，從而造成環(huán)境的電磁污染。常見的電磁波對環(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人體健康帶來的危害等。隨著電磁輻射的危害越來越引起人們的關注，如何把電磁輻射對環(huán)境造成的污染減小到最低程度，保護環(huán)境，保護居民的身體健康，就成為一個重要的研究課題。目前，電磁防護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電磁輻射進行衰減；后者主要以吸收電磁波能量的形式對電磁輻射進行衰減。電磁屏蔽一般是采用低電阻的金屬良導體或導電樹脂材料，當電磁輻射由空氣射向這些導體時，在金屬導體的表面將產(chǎn)生反射與折射現(xiàn)象，電磁屏蔽就是利用金屬導體對電磁輻射的反射效應與吸收效應來達到抑制電磁輻射的目的。而電磁波吸收是通過吸波材料對電磁波進行吸收。吸波材料是一種使入射電磁波最大限度進入材料內(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，由于它們具有獨特的結構，在電磁波領域逐漸被發(fā)掘，特別是碳納米管，其對電磁波具有更大的反射率，從而降低了電磁波的波長，同時，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電性，這些都顯示其在吸波材料領域具備巨大的潛能。
[0005]而目前，不論是吸波材料宏觀領域還是關于碳納米管應用于吸波材料的微觀領域，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題，本發(fā)明提供一種碳納米管鈦酸鋇聚苯胺復合材料的制備方法。采用該方法制備的復合材料具有優(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]為了達到上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用以下技術方案:
一種碳納米管鈦酸鋇聚苯胺復合材料的制備方法，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的過硫酸銨溶解到1ml的去離子水中，得到過硫酸銨溶液；將懸浮體系和過硫酸銨溶液均預冷至-1o-o°c，然后將過硫酸銨溶液滴以l_2ml/min的速度加至懸浮液體系中，在冰浴下反應5_24h，最后將所得產(chǎn)物用去離子水和乙醇反復清洗至無色，得到碳納米管鈦酸鋇聚苯胺復合材料。
[0008]碳納米管鈦酸鋇復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，通過將聚苯胺與碳納米管鈦酸鋇復合材料形成三元異質結構并制備得到三元復合材料后，從而實現(xiàn)導電性能可控，其實現(xiàn)形式是以調(diào)節(jié)加入的酸濃度達到的。
[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，會朝著有利于懸浮體系和過硫酸銨溶液的反應進行，但是隨著溫度的降低，反應體系中會出現(xiàn)結冰現(xiàn)象，為了確保反應能夠順利進行，就要避免結冰對反應的不利影響，當加入二甲基亞砜后，不僅可以使得體系的冰點降低，同時二甲基亞砜能夠加速硫酸銨的反應，促使反應向正方向進行。
[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合材料包覆的聚苯胺與基材的結合強度不穩(wěn)定，加入羧甲基纖維素可以提高聚苯胺與基材的結合強度，省去了對制備的產(chǎn)品后續(xù)的處理工序，節(jié)省了工藝時間。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6小時，濃硝酸與碳納米管的重量比為50:1 ;反應結束后，冷卻并過濾，然后采用去離子水將碳納米管清洗至中性；
(2)鈦酸鋇前驅體的制備
將5mmol的醋酸鋇溶解到5ml冰醋酸和20ml無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B和A進行計量，然后將計量好的溶液B加入到溶液A中，充分混勻后，在60°C水浴下反應2-3h，最后在室溫下陳化24h以上后，得到鈦酸鋇前驅體；
(3)碳納米管鈦酸鋇復合材料的制備
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合強度不穩(wěn)定，乙二胺四乙酸二鈉能夠提高聚苯胺與鈦酸鋇的結合強度，從而聚苯胺的包覆厚度。
[0016]本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的方法制備的面料具有以下優(yōu)點: 1、本發(fā)明的碳納米管鈦酸鋇聚苯胺復合材料具備更好的吸波性能，其質量較輕、其吸波頻段較寬、吸收率好；
2、本發(fā)明制備的復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，可以通過對加入酸的濃度達到對導電性能的控制，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)明的工藝步驟簡單,能夠直接通過過硫酸銨反應對包覆有鈦酸鋇的碳納米管進行包覆。

【具體實施方式】
[0018]下面通過具體實施例對本發(fā)明的技術方案作進一步描述說明。
[0019]如果無特殊說明，本發(fā)明的實施例中所采用的原料均為本領域常用的原料，實施例中所采用的方法，均為本領域的常規(guī)方法。
[0020]本發(fā)明采用的碳納米管鈦酸鋇復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6小時，濃硝酸與碳納米管的重量比為50:1 ;反應結束后，冷卻并過濾，然后采用去離子水將碳納米管清洗至中性；
(2)鈦酸鋇前驅體的制備
將5mmol的醋酸鋇溶解到5ml冰醋酸和20ml無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B和A進行計量，然后將計量好的溶液B加入到溶液A中，充分混勻后，在60°C水浴下反應2-3h，最后在室溫下陳化24h以上后，得到鈦酸鋇前驅體；
(3)碳納米管鈦酸鋇復合材料的制備
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合材料。
[0021]本發(fā)明采用的另一種碳納米管鈦酸鋇復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合材料用于以下各實施例。
[0023]實施例1
一種碳納米管鈦酸鋇聚苯胺復合材料的制備方法，包括以下步驟:取30mg碳納米管鈦酸鋇復合材料，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，得到懸浮體系的過硫酸銨溶解到1ml的去離子水中，得到過硫酸銨溶液；將懸浮體系和過硫酸銨溶液均預冷至(TC，然后將過硫酸銨溶液滴以lml/min的速度加至懸浮液體系中，在冰浴下反應24h，最后將所得產(chǎn)物用去離子水和乙醇反復清洗至無色，得到碳納米管鈦酸鋇聚苯胺復合材料。
[0024]實施例2
一種碳納米管鈦酸鋇聚苯胺復合材料的制備方法，包括以下步驟:取50mg碳納米管鈦酸鋇復合材料，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的過硫酸銨溶解到1ml的去離子水中，得到過硫酸銨溶液；將懸浮體系和過硫酸銨溶液均預冷至_rC，然后將過硫酸銨溶液滴以2ml/min的速度加至懸浮液體系中，在冰浴下反應5h，最后將所得產(chǎn)物用去離子水和乙醇反復清洗至無色，得到碳納米管鈦酸鋇聚苯胺復合材料。
[0025]實施例3
一種碳納米管鈦酸鋇聚苯胺復合材料的制備方法，包括以下步驟:取30mg碳納米管鈦酸鋇復合材料，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的過硫酸銨溶解到1ml的去離子水中，得到過硫酸銨溶液；將懸浮體系和過硫酸銨溶液均預冷至_5°C，然后將過硫酸銨溶液滴以l_2ml/min的速度加至懸浮液體系中，在冰浴下反應10h，最后將所得產(chǎn)物用去離子水和乙醇反復清洗至無色，得到碳納米管鈦酸鋇聚苯胺復合材料。
[0026]實施例4
一種碳納米管鈦酸鋇聚苯胺復合材料的制備方法，包括以下步驟:取40mg碳納米管鈦酸鋇復合材料，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的過硫酸銨溶解到1ml的去離子水中，得到過硫酸銨溶液；將懸浮體系和過硫酸銨溶液均預冷至-10°C，然后將過硫酸銨溶液滴以l-2ml/min的速度加至懸浮液體系中，在冰浴下反應24h，最后將所得產(chǎn)物用去離子水和乙醇反復清洗至無色，得到碳納米管鈦酸鋇聚苯胺復合材料。
[0027]實施例5
一種碳納米管鈦酸鋇聚苯胺復合材料的制備方法，包括以下步驟:取30mg碳納米管鈦酸鋇復合材料，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的過硫酸銨溶解到1ml的去離子水中，得到過硫酸銨溶液；將懸浮體系和過硫酸銨溶液均預冷至-10°C，然后將過硫酸銨溶液滴以l-2ml/min的速度加至懸浮液體系中，在冰浴下反應8h，最后將所得產(chǎn)物用去離子水和乙醇反復清洗至無色，得到碳納米管鈦酸鋇聚苯胺復合材料。
【權利要求】
1.一種碳納米管鈦酸鋇聚苯胺復合材料的制備方法，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，得到懸浮體系的過硫酸銨溶解到1ml的去離子水中，得到過硫酸銨溶液；將懸浮體系和過硫酸銨溶液均預冷至-10-0°C，然后將過硫酸銨溶液滴以l_2ml/min的速度加至懸浮液體系中,在冰浴下反應5_24h,最后將所得產(chǎn)物用去離子水和乙醇反復清洗至無色，得到碳納米管鈦酸鋇聚苯胺復合材料。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種碳納米管鈦酸鋇聚苯胺復合材料的制備方法，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)權利要求2所述的一種碳納米管鈦酸鋇聚苯胺復合材料的制備方法，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)權利要求1所述的一種碳納米管鈦酸鋇聚苯胺復合材料的制備方法，其特征在于，所述碳納米管鈦酸鋇復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6小時，濃硝酸與碳納米管的重量比為50:1 ;反應結束后，冷卻并過濾，然后采用去離子水將碳納米管清洗至中性； (2)鈦酸鋇前驅體的制備 將5mmol的醋酸鋇溶解到5ml冰醋酸和20ml無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B和A進行計量，然后將計量好的溶液B加入到溶液A中，充分混勻后，在60°C水浴下反應2-3h，最后在室溫下陳化24h以上后，得到鈦酸鋇前驅體； (3)碳納米管鈦酸鋇復合材料的制備 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合材料。
5.根據(jù)權利要求4所述的一種碳納米管鈦酸鋇聚苯胺復合材料的制備方法，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】C09K3/00GK104371101SQ201410634040
【公開日】2015年2月25日 申請日期:2014年11月12日 優(yōu)先權日:2014年11月12日
【發(fā)明者】朱曜峰, 俞璐軍, 傅雅琴 申請人:浙江理工大學