[發(fā)明專利]石墨烯與納米纖維與納米顆粒的復(fù)合材料及其制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201811419793.5
• 申請日: 2018-11-26
• 公開（公告）號: CN109529635B
• 公開（公告）日: 2021-11-09
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張巖;付吉國;董偉;趙然;周衛(wèi)東;曾蕾
• 申請（專利權(quán)）人: 國宏中晶集團有限公司
• 主分類號: B01D67/00
• 分類號: B01D67/00;B01D71/02;B01D71/48;C01B32/19;D01D5/00;D01F1/10;D01F6/92;D04H1/435;D04H1/728
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1.一種石墨烯與納米纖維與納米顆粒的復(fù)合材料的制備方法，其利用一種石墨烯與納米纖維與納米顆粒的復(fù)合材料的制備裝置以實施，其特征在于，所述制備裝置包括：

上筒體(3)、上壓環(huán)(2)、上壓環(huán)橡膠(1)、下壓環(huán)橡膠(4)、下壓環(huán)(5)、下筒體(6)、底板(7)、出氣口(8)、出氣管(9)、緩沖球(12)、下液管(13)、抽氣管(10)、抽氣機(11)；

上述上筒體位于上壓環(huán)之上，上筒體最下方具備一圈上凸緣，上壓環(huán)最內(nèi)側(cè)具有與上凸緣相配合的上凹槽，上筒體和上壓環(huán)通過上凸緣和上凹槽緊密配合；

所述上壓環(huán)橡膠(1)位于上壓環(huán)下表面并呈圓環(huán)狀，所述下壓環(huán)橡膠(4)位于下壓環(huán)上表面并呈圓環(huán)狀，所述上壓環(huán)橡膠(1)和下壓環(huán)橡膠(4)是厚度在600μ m-1000μ m之間的均勻薄層，并用膠將所述上壓環(huán)橡膠(1)粘合在上壓環(huán)下表面，將所述下壓環(huán)橡膠(4)粘合在下壓環(huán)上表面；

所述上壓環(huán)橡膠(1)和下壓環(huán)橡膠(4)在俯視方向投影完全重合，在兩者之間夾持有完全展平的PCL電紡膜；

上述下筒體位于下壓環(huán)之下，下筒體最上方具備一圈下凹槽，下壓環(huán)最內(nèi)側(cè)具有與下凹槽相配合的下凸緣，下筒體和下壓環(huán)通過下凸緣和下凹槽緊密配合，所述下凸緣在Z軸方向的長度至少為1cm，所述下凹槽具有與之相配的深度；

所述底板(7)和下筒體(6)是一體成型的，或者是相互配合緊密連接，并在連接處涂有密封膠；

所述出氣口(8)垂直于下筒體(6)側(cè)壁，其中心軸線離底板(7)距離不大于10cm；

所述抽氣機(11)具有顯示面板，用于顯示當(dāng)前開啟與否以及抽出氣體的流量；

所述上筒體(3)、上壓環(huán)(2)、下壓環(huán)(5)、下筒體(6)、底板(7)、出氣口(8)的材質(zhì)為透明或半透明的硬質(zhì)聚合材料；所述出氣管(9)、緩沖球(12)、下液管(13)、抽氣管(10)的材質(zhì)為透明或半透明；

所述下液管(13)的中部設(shè)有防反流片，該防反流片只能向下方打開；

所述上壓環(huán)橡膠(1)、下壓環(huán)橡膠(4)的材質(zhì)為耐刮擦的熱硫化丁基橡膠，且表面帶有凹凸不平的網(wǎng)狀紋路；

所述上筒體(3)、上壓環(huán)(2)、下壓環(huán)(5)、下筒體(6)、底板(7)、出氣口(8)、防反流片的材質(zhì)為聚丙烯或者聚碳酸酯材料；所述出氣管(9)、緩沖球(12)、下液管(13)、抽氣管(10)的材質(zhì)為環(huán)氧樹脂；

所述抽氣機有若干檔位，抽氣風(fēng)量在0.5-5L/min之間，通過交流電轉(zhuǎn)換的12V直流電供電；

制備方法包括以下步驟：

1)電紡膜制備步驟：選取適量PCL纖維加入100ml分析純氯仿之中，超聲分散15-30min，得到質(zhì)量百分數(shù)在3-7％的PCL纖維氯仿分散液；

選取電紡電壓10-15kV，擠出速度2-4ml/h，接收距離20-30cm，電紡時間2h，環(huán)境溫度為4-8℃，得到PCL電紡膜；

2)膜夾持步驟：選取得到的大于上壓環(huán)(2)或下壓環(huán)(5)面積的PCL電紡膜，依次使用足量的四氫呋喃、無水乙醇、雙蒸水、無水乙醇分別清洗硅片至少1次，完全晾干后，將清洗后的PCL電紡膜拉緊并夾持在上壓環(huán)橡膠(1)和下壓環(huán)橡膠(4)之間，使其無褶皺；

3)石墨烯微片分散液制備步驟：以預(yù)制的大量膨脹石墨片層為原料，在無水乙醇中經(jīng)1h以上的超聲剝離生成石墨烯微片；

將石墨烯微片的溶劑無水乙醇補充至200ml以上，高強度超聲震蕩3-5min，馬上棄去上層一半的分散液，重復(fù)以上過程至少5次，直至石墨烯微片的平均徑向尺寸高于5-10μ m；

4)負壓附著步驟：將含有前述平均徑向尺寸高于5-10μ m的石墨烯微片質(zhì)量百分比在5-10％之間的氯仿分散液100-150ml經(jīng)1-2min超聲分散，以極慢速度導(dǎo)入上筒體(3)內(nèi)，在傾倒完畢之后，將所述抽氣機以0.5-1.5L/min流率抽吸2-5s后停止5-8s的方式反復(fù)循環(huán)，直至透過下筒體觀察到PCL電紡膜無明顯液體滴下；用廢液筒接收下液管(13)流出的液體并回收；

重復(fù)超聲分散至回收的過程10-20次；

將附著石墨烯微片后的電紡膜剪下被石墨烯附著的圓形部分，依次使用足量的四氫呋喃、無水乙醇、雙蒸水、無水乙醇分別清洗硅片至少1次，完全晾干，得到石墨烯PCL電紡膜復(fù)合材料；

5)微碳化步驟：將石墨烯PCL電紡膜復(fù)合材料放在加熱容器中拉平，在210-225℃下微碳化30-90min；

6)水熱反應(yīng)步驟：將硝酸鈷、硝酸鋅、硫脲和尿素按照2:1:2:4的質(zhì)量配比溶于足量1：9體積比的無水乙醇去離子水的混合液中，強烈攪拌下反應(yīng)；反復(fù)加熱-降溫至4℃至少三次，去除析出的縮二脲，得到鹽溶液；

將100-150ml的鹽溶液與1-3g石墨烯PCL電紡膜復(fù)合材料放入水熱釜中，200-220℃下反應(yīng)16-24h，依次使用足量的四氫呋喃、無水乙醇、雙蒸水、無水乙醇分別清洗硅片3-5次，得到了硫化鈷鋅/石墨烯微片/PCL電紡膜復(fù)合材料。