[發明專利]一種三維多孔石墨烯-聚合物前驅體轉化陶瓷復合材料及其制備方法

在審

• 申請號: 201910274621.1
• 申請日: 2019-04-08
• 公開（公告）號: CN110078058A
• 公開（公告）日: 2019-08-02
• 發明（設計）人: 沈曉冬;邵高峰;崔升
• 申請（專利權）人: 南京工業大學
• 主分類號: C01B32/184
• 分類號: C01B32/184;C01B32/194;C04B35/56;C04B35/58;C04B35/622
• 代理公司: 南京天華專利代理有限責任公司 32218
• 代理人: 徐冬濤;袁正英

1.一種三維多孔石墨烯-聚合物前驅體轉化陶瓷復合材料，其特征在于三維石墨烯網絡結構填充聚合物前驅體轉化陶瓷材料，且網絡內部呈現聚合物前驅體轉化陶瓷-石墨烯-聚合物前驅體轉化陶瓷“三明治”結構；石墨烯的質量占復合材料總質量的1～50％。

2.根據權利要求1所述的三維多孔石墨烯-聚合物前驅體轉化陶瓷復合材料，其特征在于所述的聚合物前驅體轉化陶瓷為SiOC、SiOCN或SiCN中的一種或幾種。

3.根據權利要求1所述的三維多孔石墨烯-聚合物前驅體轉化陶瓷復合材料，其特征在于：密度為11.5～1500mg/cm³，導電率為1.2～165 S/m。

4.一種制備如權利要求1所述的三維多孔石墨烯-聚合物前驅體轉化陶瓷復合材料的方法，其具體步驟如下：

(1)分別量取氧化石墨烯水溶液和還原劑，氧化石墨烯和還原劑的質量比為1：(1～5)；經過磁力攪拌，超聲分散后得到混合溶液；

(2)將步驟(1)制備的混合溶液轉移到玻璃瓶中，密封放置到50-90℃的烘箱中自組裝6～24h后，得到三維還原氧化石墨烯水凝膠；

(3)將步驟(2)制備得到的三維還原氧化石墨烯水凝膠放入乙醇的水溶液中老化后，放入-20～-80℃的條件下冷凍12～24h，取出放入冷凍干燥設備中干燥，得到三維還原氧化石墨烯氣凝膠；

(4)將步驟(3)制備得到的氣凝膠放置管式爐中，Ar氛圍中，溫度升至800～1000℃，保溫1～3h，自然降溫，得到三維氮摻雜石墨烯氣凝膠；

(5)量取聚合物前驅體和有機溶劑于容器中，充分攪拌均勻；其中聚合物前驅體和有機溶劑的質量體積比為5～200mg/ml；

(6)將步驟(4)所得到的三維氮摻雜石墨烯氣凝膠放入到步驟(5)所配置的溶液中，充分浸沒，并將其轉移到真空干燥箱中浸漬；

(7)將步驟(6)中浸漬后的材料取出，將其放入-20～-80℃的條件下冷凍6～12h，再將其放入冷凍干燥設備中干燥，得到聚合物前驅體溶液包裹的三維石墨烯復合材料；

(8)將步驟(7)中所得到的聚合物前驅體溶液包裹的三維石墨烯復合材料，放置管式爐中，煅燒得到三維多孔石墨烯-聚合物前驅體轉化陶瓷復合材料。

5.根據權利要求4所述的方法，其特征在于步驟(1)中還原劑為吡咯、苯胺、多巴胺或乙二胺中的任意一種。

6.根據權利要求4所述的方法，其特征在于步驟(3)中的老化時間為24～72h；冷凍干燥設備中干燥時間為12～72h。

7.根據權利要求4所述的方法，其特征在于步驟(5)中的聚合物前驅體溶液為聚硅氧烷、聚碳硅烷或聚硅氮烷等中的至少一種；有機溶劑為叔丁醇、莰烯或叔丁醇-莰烯中的任意一種。

8.根據權利要求4所述的方法，其特征在于步驟(6)中真空干燥箱的真空度為100-300mbar；溫度為30-60℃；浸漬時間為1～3h。

9.根據權利要求4所述的方法，其特征在于步驟(7)中冷凍干燥設備中干燥時間為12～24h。

10.根據權利要求4所述的方法，其特征在于步驟(8)中所述的煅燒為：在Ar氛圍中，按照1～5℃/min的升溫速率升至200～300℃保溫1～3h交聯，再按照1～5℃/min的升溫速率升至900～1100℃，保溫1～3h裂解，然后自然降溫，最終得到三維多孔石墨烯-聚合物前驅體轉化陶瓷復合材料。