[發(fā)明專利]一種蜂窩狀結(jié)構(gòu)石墨烯氣凝膠球及其制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201610187114.0
• 申請日: 2016-03-28
• 公開（公告）號: CN105645404B
• 公開（公告）日: 2018-01-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 高超;趙曉莉
• 申請（專利權(quán)）人: 浙江大學(xué)
• 主分類號: C01B32/19
• 分類號: C01B32/19
• 代理公司: 杭州求是專利事務(wù)所有限公司33200
• 代理人: 邱啟旺

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種蜂窩狀結(jié)構(gòu)石墨烯氣凝膠球及其制備方法。

背景技術(shù)

石墨烯是一層由碳原子以sp²雜化連接而成的二維碳原子層。它具有超高強(qiáng)度、極大的比表面積、超高的導(dǎo)熱率以及載流子遷移率等多種優(yōu)異的特質(zhì)，在電子器件、能量存儲和復(fù)合材料等領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用價(jià)值(Geim,A.K.；Novoselov,K.S.,Nature Materials 2007,6,183)。如何將石墨烯的優(yōu)異性質(zhì)轉(zhuǎn)化為宏觀材料的優(yōu)異性質(zhì)是石墨烯研究的一個(gè)重要問題。

之前報(bào)道的石墨烯氣凝膠性質(zhì)和制備方法存在以下三個(gè)問題：一是氣凝膠的形狀受限于容器；二是所制備氣凝膠的強(qiáng)度和回彈能力不足；三是冷凍真空干燥成本較高，不適于大規(guī)模生產(chǎn)(Sun,H.；Xu,Z.；Gao,C.,Adv.Mater.2013,25,2554.)。這些問題限制了石墨烯氣凝膠的實(shí)際應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出一種規(guī)?；苽渚哂懈邚?qiáng)度和優(yōu)秀回彈性能的毫米級石墨烯氣凝膠球及其制備方法。

本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：一種蜂窩狀結(jié)構(gòu)石墨烯氣凝膠球，該氣凝膠球具有蜂窩狀結(jié)構(gòu)，氣凝膠的孔尺寸為5微米至200微米，孔壁厚度為10-300納米，孔壁含孔徑為1納米至5納米的介孔。

一種蜂窩狀結(jié)構(gòu)石墨烯氣凝膠球的制備方法，所述的制備方法的步驟如下：

(1)在反應(yīng)器中加入1重量份的氧化石墨烯、20-50重量份的水、0.1-1重量份堿性物質(zhì)，經(jīng)攪拌，得到漿液；

(2)將漿液以0.5-2秒每滴的速度通過直徑為100-5000微米的針頭，擠入凝固浴中，得到氧化石墨烯水凝膠球；

(3)將氧化石墨烯水凝膠球浸泡于20-50重量份水中，加入2-5重量份還原劑后，放入60-95攝氏度烘箱中反應(yīng)10小時(shí)，得到還原氧化石墨烯水凝膠球；

(4)將還原氧化石墨烯水凝膠球放入低溫環(huán)境中，冷凍1-2小時(shí)，然后室溫解凍；

(5)將步驟4處理后的還原氧化石墨烯水凝膠球經(jīng)溶劑浸泡洗滌后，在60攝氏度烘箱中干燥24小時(shí)，得還原氧化石墨烯氣凝膠球；

(6)將還原氧化石墨烯氣凝膠球在氬氣保護(hù)下，高溫處理20-60分鐘后，得到石墨烯氣凝膠球。

進(jìn)一步地，所述步驟1)中加入的堿性物質(zhì)為氫氧化鈉、氫氧化鉀或25％質(zhì)量分?jǐn)?shù)的氨水等。

進(jìn)一步地，所述步驟1)的氧化石墨烯的平均尺寸為1微米至100微米。

進(jìn)一步地，所述步驟2)的凝固浴為1-5％質(zhì)量分?jǐn)?shù)的氯化鈣水溶液、1-5％質(zhì)量分?jǐn)?shù)的氯化鐵溶液、1-5％質(zhì)量分?jǐn)?shù)的硫酸銅、1-5％質(zhì)量分?jǐn)?shù)的氯化鎂、1-5％質(zhì)量的氯化鋇或1-5％質(zhì)量分?jǐn)?shù)的聚乙烯亞胺水溶液。

進(jìn)一步地，所述步驟3)的還原劑為維生素C鈉、氫碘酸、氯化亞鐵、蘇糖醇等。

進(jìn)一步地，所述步驟4)的低溫環(huán)境的溫度為-10攝氏度至-190攝氏度。

進(jìn)一步地，所述步驟5)使用的溶劑為水、乙醇、丙酮、異丙醇、己烷中的單獨(dú)一種或多種。

進(jìn)一步地，所述步驟6)的高溫處理溫度為1300攝氏度至3000攝氏度。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有的有益效果如下：

(1)原料采用氧化石墨烯，原料易得、成本低；

(2)所得毫米石墨烯氣凝膠適宜作為各種形狀的容器的填充材料；

(3)所得毫米石墨烯氣凝膠具有多級結(jié)構(gòu)和適宜的孔壁厚度(100至300納米)。所制備的石墨烯其凝膠球的導(dǎo)電率為1-1000S/m；密度為1-10mg/cm³；壓縮楊氏模量為10-50kPa，95％壓縮率下的壓縮強(qiáng)度為10-120kPa；在20g砝碼反復(fù)壓縮500次后形狀能完全回復(fù)；能吸收2000-200倍自身質(zhì)量的有機(jī)溶劑，包括氯仿、環(huán)己烷、正己烷、丙酮、乙醇、甲基硅油等。

(4)制備過程采用常壓干燥法。相比現(xiàn)有石墨烯氣凝膠制備真空干燥法，常壓干燥法具有成本低的優(yōu)勢；

(5)制備方法可簡便實(shí)現(xiàn)多功能復(fù)合氣凝膠球的制備。

(6)制備過程可實(shí)現(xiàn)石墨烯氣凝膠球的規(guī)模化、快速生產(chǎn)。

附圖說明

圖1將氧化石墨烯漿液通過注射泵滴入旋轉(zhuǎn)凝固浴的照片；

圖2石墨烯氣凝膠的截面的掃描電鏡照片。(a)為撕開制備的截面，(b-d)為速凍狀態(tài)下刀切后凍干得到的截面；