[發明專利]一種含有石墨烯涂層的碳泡沫及其制備方法

有效

• 申請號: 201810591708.7
• 申請日: 2018-05-27
• 公開（公告）號: CN108609603B
• 公開（公告）日: 2022-03-22
• 發明（設計）人: 陳照峰;湯浩;張俊雄;柳煬;王雨珂
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: C01B32/05
• 分類號: C01B32/05;C01B32/198
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明為一種含有石墨烯涂層的碳泡沫，其特征在于涂層的厚度為0.5?5μm，涂層中石墨烯體積占比為20?30％，碳泡沫基體的熱膨脹系數與含有石墨烯涂層的熱膨脹系數之差小于15％，碳泡沫泡孔直徑為50?200μm，熱導率為0.036?0.685W/(m/K)，密度為4.57?9.62kg/m³，壓縮強度為5?15MP，孔隙率大于96％，BET比表面積大于250?600m²/g。含有石墨烯涂層能夠有效的提高碳泡沫的力學性能、隔熱性能、增加比表面積、提供豐富的官能團，使其在催化劑載體、隔熱材料等的方面具有廣泛的應用前景。

技術領域

本發明涉及一種泡沫的制備方法，尤其是涉及一種帶石墨烯碳涂層的碳泡沫的制備方法，屬于碳材料領域。

背景技術

碳泡沫是一種由孔泡和相互連接的孔泡壁組成的具有三維網狀結構，呈類海綿狀的新型炭質材料，具有低密度、高孔隙率、較大的比表面積、良好的吸附性能、較低的熱膨脹系數和低熱導系數等特點，可作為隔熱材料，優質夾層材料，能力存儲電極，能量吸收材料，催化劑載體和除臭除味劑等，在化工，航空航天和電子等領域均有著廣泛的應用價值。

石墨烯是一種單原子厚的二維材料，自發現以來，因獨特優良的電學、光學和力學性質而具有廣泛應用前景，氧化石墨烯是在制備石墨烯的過程中產生的一種重要的石墨烯衍生物，經過化學功能化修飾的氧化石墨烯能夠穩定分散在多種的常用有機溶劑中，形成穩定的氧化石墨烯懸浮液，氧化石墨烯表面含有大量氧活性基團，這些基團賦予氧化石墨烯一些新的特性，如分散性、親水性、與聚合物的兼容性，提高聚合物的耐熱性。

申請號為CN 200680051980.1的專利提供了一種含有玻璃碳涂層的碳泡沫的制備的方法，是通過給碳泡沫體涂布一個玻璃碳涂層形成的，先使一種苯酚類或聚氨酯類泡沫體在惰性氣氛中在高溫下碳化制得碳泡沫，然后將泡沫加工成所需形狀，用一種細碳粉或石墨粉處理其表面，隨后將一種樹脂施用到該碳泡沫體表面上，將有涂層的碳泡沫體塊燒成使得該樹脂碳化成一種玻璃態涂層。

申請號為CN 200710173126.9的專利提供了一種高強度煤焦油瀝青碳泡沫材料的制備方法，將煤焦油瀝青經過熱解制備出中間相瀝青，粉碎后加入甲苯溶液中萃取，干燥，再加入高壓反應釜，抽真空升溫到瀝青軟化點以上并充入惰性氣體，在350-500℃的溫度和6-80kg/cm2的壓力下保持120-240分鐘，釋放壓力，冷卻到室溫，得到瀝青泡沫材料，將瀝青碳泡沫材料在1300-1600℃氮氣保護下，制得碳泡沫材料，碳泡沫壓縮強度大于20MPa。

申請號為CN 200910093957.4的專利提供了添加空心陶瓷球的碳泡沫隔熱材料的制備方法：按原料配方在酚醛樹脂中順次加入表面活性劑、發泡劑和空心陶瓷微球，用機械攪拌和超聲波振蕩相結合的方式對混合物進行均勻分散；向分散均勻后的混合物中加入固化劑，攪拌后澆注到模具中發泡并且固化，得到酚醛泡沫；將酚醛泡沫去殼處理后，放入真空碳化爐中，在真空條件下以平均0.5℃/min的速率加熱到800℃，得到碳泡沫隔熱材料。該高溫隔熱材料具有質量輕，強度高，熱導率低，熱膨脹系數低，成本低和可設計性等優點

目前碳泡沫由于其強度較低、易碎、韌性不足缺點，使其應用受到限制，上述發明給出了一些用于提高碳泡沫力學性能的思路，通過添加增強相或涂層來提高碳泡沫的力學性能取得了一定的增強效果，而在碳泡沫表面制備含有石墨烯涂層能夠有效的提高碳泡沫的力學性能、隔熱性能、增加比表面積、提供豐富的官能團，使其在催化劑載體、隔熱材料等的方面具有廣泛的應用前景。

發明內容

本發明的目的旨在克服現有技術的不足，提供一種含石墨烯涂層的碳泡沫及其制備方法，其特征在于涂層的厚度為0.5-5μm，涂層中石墨烯體積占比為10-30％，碳泡沫基體的熱膨脹系數與含有石墨烯涂層的熱膨脹系數之差小于15％，碳泡沫泡孔直徑為50-200μm，熱導率為0.036-0.685W/(m/K)，密度為4.57-9.62kg/m³，壓縮強度為5-15MP，孔隙率大于96％，BET比表面積大于250-600m²/g。