鐵氧體石墨烯復(fù)合材料方案

1、導(dǎo)熱/吸波復(fù)合材料的制備研究實(shí)驗(yàn)?zāi)康模弘S著電子設(shè)備小型化、集成化進(jìn)程的加快，散熱問題與電磁干擾可能發(fā)生在電子設(shè)備空間的任何部位，嚴(yán)重時(shí)甚至影響設(shè)備的正常工作甚至死機(jī)。 使用導(dǎo)熱墊片可以有效的將多余的熱量散發(fā)出去，使芯片不至于過熱。由于電子設(shè)備的空間非常狹小，使用導(dǎo)熱墊片就已經(jīng)占據(jù)了一定的空間，結(jié)構(gòu)上很難有多余的空間使用吸波材料。所以，在考慮到導(dǎo)熱這個(gè)主要問題的時(shí)，也要到兼顧電磁干擾，而導(dǎo)熱型電磁波吸收片正好解決了這兩個(gè)問題。設(shè)計(jì)方案：純石墨烯是一種僅一個(gè)原子厚的結(jié)晶體，厚度為0.35nm左右，基本結(jié)構(gòu)單元為有機(jī)材料中最穩(wěn)定的苯六元環(huán)，是目前最理想的二位納米材料。其具有超薄、超堅(jiān)固和超強(qiáng)導(dǎo)熱導(dǎo)電

2、性能等特性和優(yōu)異的力學(xué)性能，可望在高性能電子器件、復(fù)合材料、場發(fā)射材料、氣體傳感器及能量存儲等領(lǐng)域獲得廣泛應(yīng)用。石墨烯具有極高導(dǎo)熱系數(shù)，近年被用于散熱方面，在散熱片中嵌入石墨烯或數(shù)層石墨烯，可使得其局部熱點(diǎn)溫度大幅下降。各種常用導(dǎo)熱材料的導(dǎo)熱系數(shù)如下表一。 表一 幾種常用導(dǎo)熱材料的導(dǎo)熱系數(shù) 材料名稱 導(dǎo)熱系數(shù)/W·m-1K-1 銀 429 銅 401常用金屬 金 317鋁 337 GTS（導(dǎo)熱石墨片） 15001700碳材料 CNT（s） 30003500 金剛石 10002200 石墨烯 40006600其他 硅膠13鍶鐵氧體材料屬于六角晶系磁鉛石型鐵氧體，其化學(xué)式為SrO

3、3;6Fe2O3，具有單異磁化軸，并且其頻率特性好(其相對磁導(dǎo)率較大，而相對介電常數(shù)較小)，適合制作匹配層，在低頻率拓寬頻帶方面，具有良好的應(yīng)用潛力。并且原料豐富、平均售價(jià)低、性價(jià)比高、工藝簡便成熟、抗退磁性能優(yōu)良，又不存在氧化問題，在很多領(lǐng)域仍是理想的永磁材料。 劉延坤等采用溶膠凝膠自蔓延法獲得了M 型鋇鐵氧體，研究了頻率 618GHz 范圍，預(yù)測其最佳匹配厚度為 3.5 mm，最小反射損耗達(dá)-13.5 dB，反射損耗小于-10 dB 的帶寬為 0.7 GHz。李國顯等采用肼還原原位生成法制備了石墨烯-Fe3O4復(fù)合材料,當(dāng)石墨烯與 Fe3O4的含量比為 10:8，石墨烯-Fe3O4復(fù)合材料

4、的匹配厚度在 2.04.0 mm 變化時(shí), 反射損耗均大低于-20 dB。綜上所述，M 型鋇鐵氧體具有很好的開發(fā)應(yīng)用前景。綜合石墨烯優(yōu)良的導(dǎo)熱性能和鍶鐵氧體的吸波性，將兩種材料復(fù)合為導(dǎo)熱吸波材料的吸波劑，發(fā)揮各自的優(yōu)良特性。由于鍶鐵氧體具有比較好的磁導(dǎo)率，并且適合做匹配層，把鍶鐵氧體包覆到石墨烯上，這樣既具有了結(jié)構(gòu)上的層次感，增大了對電磁波的吸收率，又解決了石墨烯容易發(fā)生團(tuán)聚的問題，使石墨烯均勻的分布到吸收劑中。形成表面有機(jī)官能團(tuán)的石墨烯實(shí)驗(yàn)方案：石墨烯的表面處理鐵氧體包覆的石墨烯粉體鍶鐵氧體片狀石墨烯有機(jī)官能團(tuán) 表面處理交聯(lián)劑SrFe12O19 必須解決的問題主要是針對石墨烯。首先，由于石墨

5、烯存在很強(qiáng)的范德華力、具有比表面積大、表面能高等特性，導(dǎo)致極易產(chǎn)生團(tuán)聚，使其在聚合物中很難均勻分散；其次，石墨烯的化學(xué)活性低，在制備復(fù)合材料時(shí)很難與基體形成有效結(jié)合；另外，碳納米管很難與基體形成有效的界面結(jié)合和實(shí)現(xiàn)有效的承載轉(zhuǎn)換。為了提高石墨烯和鐵氧體之間界面結(jié)合力，對石墨烯粉體進(jìn)行表面處理，在其表面加一些有機(jī)官能團(tuán)，這樣既能增大結(jié)合力，又能均勻的分布到溶劑中（特別是有機(jī)溶劑）。另外要想達(dá)到包覆的效果，就得石墨烯與鍶鐵氧體親密結(jié)合，但是石墨烯與鐵氧體結(jié)合力并不高，并且混合粉末經(jīng)過燒結(jié)能結(jié)晶細(xì)化，然而石墨烯在空氣中200300下就會(huì)被氧化，所以要把石墨烯與氧氣隔絕開來。簡單的把石墨烯粉末與鐵氧體

6、混合，再機(jī)械研磨，不僅達(dá)不到包覆的效果，還可能發(fā)生石墨烯的團(tuán)聚，也不能燒結(jié)。以原料硝酸鐵，檸檬酸等原料用溶膠凝膠法制備鍶鐵氧體，在開始階段把石墨烯加入到反應(yīng)物中，使石墨烯分布均勻，充分反應(yīng)，冷卻得到干凝膠，燃燒得到石墨烯/鐵氧體復(fù)合粉體，在煅燒結(jié)晶化。 制備過程：實(shí)驗(yàn)藥品：石墨烯（導(dǎo)熱性）、濃硝酸、蒸餾水實(shí)驗(yàn)設(shè)備：燒杯、玻璃棒、濾紙或?yàn)V膜、真空烘箱、燒瓶、超聲攪拌裝置、磁力攪拌裝置第一步：對石墨烯的表面處理純化處理：由于石墨烯在制備過程中都伴隨有無定形碳顆粒，石墨微粒，這些雜質(zhì)的存在直接影響到石墨烯的應(yīng)用研究和性能測試，所以在與鐵氧體粉末復(fù)合前有必要對其進(jìn)行純化處理。將石墨烯加入到濃硝酸中通過

7、攪拌、回流、去除上清液以及過濾洗滌至中性最后在真空烘箱中烘干等操作對石墨烯進(jìn)行純化。選用濃酸進(jìn)行處理是由于它能有效提純石墨烯，去石墨烯中的無定形碳、金屬顆粒等雜質(zhì)成分。羧基化處理：在混酸溶液中加入純化的石墨烯，在室溫中超聲一段時(shí)間，然后加入去離子水稀釋，稀釋后的混合物用濾膜過濾，得到的黑色固體再用大量去離子水洗至接近中性，最后進(jìn)行真空烘箱烘干待用。通過此處理能夠在石墨烯表面生成一定量的羧基、羥基等官能團(tuán)。用掃描電鏡（SEM）來觀察進(jìn)行表面處理前后的石墨烯表面微觀形貌，反映出石墨烯的片層厚度、結(jié)構(gòu)等信息。用傅里葉變換紅外光譜儀對表面處理前后的石墨烯進(jìn)行紅外吸收光譜分析，表征石墨烯的官能團(tuán)種類。用

8、X射線衍射分析石墨烯物相結(jié)構(gòu)，得到XRD圖譜。第二步：1.石墨烯/鐵氧體前驅(qū)體的制備 實(shí)驗(yàn)藥品：硝酸鐵、硝酸鋅、碳酸鋰、檸檬酸、氨水等 實(shí)驗(yàn)設(shè)備：天平、反應(yīng)釜 流程圖如下:揮發(fā)冷卻調(diào)pH值碳酸鍶硝酸鐵檸檬酸氨水 充分溶解石墨烯（不同質(zhì)量）加熱攪拌凝膠干凝膠點(diǎn)燃 鐵氧體/石墨烯粉末碳酸鍶（SrCO3），硝酸鐵（Fe（NO3）2），按2：23的摩爾比進(jìn)行配比，再加入一定量的檸檬酸，將藥品放入反應(yīng)釜中，再加入適量的氨水，不停地?cái)嚢?，用PH試紙查看溶液酸堿度，直到溶液的PH值為6或7，停止加氨水。由于反應(yīng)釜腔體水浴溫度有100，并且在真空泵的作用下，溶液中的水大量揮發(fā)，當(dāng)反應(yīng)釜中溫度上升到80的時(shí)候，

9、已有原來的溶液變成了粘稠狀的膠體，將膠體倒入器皿中。冷卻一段時(shí)間，讓膠體中的水分更徹底的揮發(fā)，得到固態(tài)狀的干膠體。把得到的膠體點(diǎn)燃，盡可能減少氧氣，控制燃燒溫度，最后得到石墨烯/鐵氧體前驅(qū)體粉末。用掃描電鏡（SEM）來觀察樣粉末微觀形貌，反映出樣品的片層厚度、結(jié)構(gòu)等信息。用X射線衍射分析樣品物相結(jié)構(gòu)，得到XRD圖譜。 以石蠟為基體，按不同的質(zhì)量比制成樣品一系列，測量樣品系列的反射率，電磁參數(shù)，導(dǎo)熱系數(shù)。2. 在制備得到了石墨烯/鐵氧體前驅(qū)體粉末基礎(chǔ)上，再把粉體放到茂福爐中，設(shè)置一定的溫度參數(shù)，進(jìn)行燒結(jié)，晶粒得到細(xì)化，得到燒結(jié)后的粉體。用掃描電鏡（SEM）來觀察粉體表面微觀形貌，反映出粉體的形貌

10、、結(jié)構(gòu)等信息。用X射線衍射分析粉體物相結(jié)構(gòu)，得到XRD圖譜。燒結(jié)后的粉體與石蠟按不同的質(zhì)量比進(jìn)行混合成型，得到樣品二系列，測量樣品系列的反射率，電磁參數(shù)，導(dǎo)熱系數(shù)。設(shè)計(jì)方案： 由于石墨烯在空氣中燃燒容易被氧化，失去原先的效果。 氧化石墨烯是由氧化石墨發(fā)生剝離而形成的石墨烯單片層結(jié)構(gòu)，而氧化石墨則是通過強(qiáng)氧化劑對石墨進(jìn)行氧化而制備出來的，由于在氧化過程中發(fā)生的插層反應(yīng)，使得氧化石墨片層間插入羰基、羥基、環(huán)氧基團(tuán)等含氧基團(tuán)，從而使得石墨的層間距變大。然后再經(jīng)過高溫處理，在高溫過程中層間化合物被分解，且分解力大于氧化石墨層間的結(jié)合力，因此氧化石墨被剝離，得到氧化石墨片層并分散開來。這種片層我們稱之為氧化石墨烯，它是石墨烯的一個(gè)非常重要的氧化衍生物。正因?yàn)檠趸┢瑢娱g的含氧基團(tuán)的存在，使得氧化石墨烯比石墨的親水能力高很多，因此氧化石墨烯通常被用來合成復(fù)合材料，從而改善并提高它的性能。因?yàn)檠趸┦欠浅Ｖ匾氖┭苌?/p>