[發(fā)明專利]一種大尺寸石墨烯泡沫板的制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201811173832.8
• 申請日: 2018-10-09
• 公開（公告）號: CN109232013B
• 公開（公告）日: 2021-03-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 曲良體;楊洪生;牟應(yīng)科
• 申請（專利權(quán)）人: 北京理工大學(xué);山東金城石墨烯科技有限公司
• 主分類號: C04B38/00
• 分類號: C04B38/00;C04B30/00
• 代理公司: 北京理工大學(xué)專利中心 11120
• 代理人: 楊志兵;仇蕾安

本發(fā)明涉及一種大尺寸石墨烯泡沫板的制備方法，屬于三維石墨烯材料制備技術(shù)領(lǐng)域。依次向氧化石墨烯水溶液中加入還原劑、表面活性劑，通過攪拌引入大量微米級氣泡，然后轉(zhuǎn)移至磨具中進(jìn)行加熱還原反應(yīng)，隨后置于低溫下進(jìn)行冷凍，再置于高溫下進(jìn)行解凍，最后自然風(fēng)干或者低溫下加熱干燥，得到大尺寸石墨烯泡沫板。本發(fā)明所述方法簡單易操作，成本低，環(huán)境友好，適用于工業(yè)化大規(guī)模生產(chǎn)；而且所制備的石墨烯泡沫板面積可達(dá)1m²以上，具有完好的結(jié)構(gòu)且表面平整均勻，材料超輕，具有超彈性，在環(huán)境治理、阻燃隔熱、光熱轉(zhuǎn)換等領(lǐng)域具有極大的應(yīng)用價(jià)值。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明具體涉及一種結(jié)構(gòu)完好的大尺寸石墨烯泡沫板的制備方法，屬于三維石墨烯材料制備技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

石墨烯泡沫材料是由二維石墨烯納米片組裝而成的具有三維多孔結(jié)構(gòu)的宏觀輕質(zhì)材料。石墨烯泡沫材料在能源存儲、能量轉(zhuǎn)換、環(huán)境治理、傳感器、電磁屏蔽、輕質(zhì)阻燃等領(lǐng)域已展現(xiàn)出巨大的應(yīng)用前景。目前制備石墨烯泡沫材料最常用的方法是以氧化石墨烯為前驅(qū)體，通過溶液凝膠法制備石墨烯水凝膠，然后干燥得到石墨烯泡沫材料，例如中國專利CN 102239114B、CN 104925787 B以及CN 106006615 B。但是這些方法的主要缺點(diǎn)是在制備大尺寸石墨烯泡沫材料過程中，宏觀混亂的氧化石墨烯液晶嚴(yán)重影響氧化石墨烯的自組裝過程，導(dǎo)致得到的石墨烯水凝膠產(chǎn)生嚴(yán)重的褶皺和破裂現(xiàn)象，無法得到結(jié)構(gòu)完好的大尺寸石墨烯泡沫材料。為解決上述難題，提供一種結(jié)構(gòu)完好的大尺寸石墨烯泡沫材料的制備方法已迫在眉睫。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明提供一種大尺寸石墨烯泡沫板的制備方法，所制備的石墨烯泡沫板結(jié)構(gòu)完好，表面平整均勻，面積可達(dá)1m²以上，由大量相互貫通的中空石墨烯微球組成，材料超輕，具有超彈性，在環(huán)境治理、阻燃隔熱、光熱轉(zhuǎn)換等領(lǐng)域具有極大的應(yīng)用價(jià)值；而且該方法簡單易操作，成本低，環(huán)境友好，適用于工業(yè)化大規(guī)模生產(chǎn)。

本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的。

一種大尺寸石墨烯泡沫板的制備方法，所述方法步驟如下：

(1)向氧化石墨烯水溶液中加入還原劑，待還原劑完全溶解后，再加入表面活性劑，通過攪拌向氧化石墨烯溶液中引入直徑為50μm～150μm的氣泡，同時使氧化石墨烯溶液的發(fā)泡體積倍數(shù)為1.5～2.5(即發(fā)泡后的溶液體積是發(fā)泡前溶液體積的1.5～2.5倍)，使氧化石墨烯片子以氣泡為模板進(jìn)行排列，得到具有微米級均勻液晶相的發(fā)泡氧化石墨烯溶液；

(2)將具有微米級均勻液晶相的發(fā)泡氧化石墨烯溶液轉(zhuǎn)移至模具中進(jìn)行加熱還原，得到大尺寸石墨烯水凝膠；

(3)先將大尺寸石墨烯水凝膠完全冷凍，再解凍完全融化，得到冷凍-融化處理的大尺寸石墨烯水凝膠；

(4)將冷凍-融化處理的大尺寸石墨烯水凝膠直接自然晾干，或者置于30℃～60℃下干燥，即可得到所述大尺寸石墨烯泡沫板。

步驟(1)中，氧化石墨烯水溶液的制備方法不限，如Hummers法及各種改進(jìn)的Hummers法；氧化石墨烯水溶液中氧化石墨烯的濃度為6mg/mL～20mg/mL，優(yōu)選8mg/mL～16mg/mL；還原劑為維生素C、水合肼、氫碘酸、乙二胺或硼氫化鈉，優(yōu)選維生素C或乙二胺，其中，維生素C與氧化石墨烯的質(zhì)量比為1.5～2.5，乙二胺與氧化石墨烯的質(zhì)量比為0.05～0.1；所述表面活性劑為陰離子表面活性劑、兩性離子表面活性劑以及非離子表面活性劑中的一種或多種，優(yōu)選十二烷基硫酸鈉、烷基糖苷或椰油酰胺丙基甜菜堿，其添加量與氧化石墨烯的質(zhì)量比為0.5～1.5。

步驟(2)中，加熱還原的溫度為60℃～80℃，時間為8h～24h。

步驟(3)中，冷凍的溫度為-30℃～-10℃，解凍的溫度為30℃～90℃。