[發明專利]一種石墨烯基彈性結構體及其制備方法

有效

• 申請號: 201910609923.X
• 申請日: 2019-07-08
• 公開（公告）號: CN110342498B
• 公開（公告）日: 2021-05-07
• 發明（設計）人: 高超;彭蠡;沈穎;俞丹萍;郭燕;劉一晗
• 申請（專利權）人: 浙江大學;杭州高烯科技有限公司
• 主分類號: C01B32/184
• 分類號: C01B32/184;C01B32/194
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 邱啟旺

本發明公開了一種石墨烯基彈性結構體及其制備方法，石墨烯彈性結構體由石墨烯結構單元組成，石墨烯結構單元為厚度為30?100nm、面積為100～40000μm²的石墨烯納米膜，所述的石墨烯納米膜與相鄰的石墨烯結構單元發生交聯，構成立體結構。所述石墨烯納米膜的雜原子含量在10wt％以下，缺陷密度I_D/I_G在0.02以上。這種結構單元增強了石墨烯的強度以及形變模量，極大的保持了氣凝膠應用過程中的完整性以及高導電特性，保證了石墨烯的高彈性，在低溫情況下仍具有良好的形變特性，確保了其低溫性能穩定性，為太空設備的低體積升空以及太空下的折疊伸展提供了良好的思路。

技術領域

本發明屬于新材料領域，尤其涉及一種石墨烯基彈性結構體及其制備方法。

背景技術

2010年，英國曼徹斯特大學的兩位教授Andre GeiM和Konstantin Novoselov因為首次成功分離出穩定的石墨烯獲得諾貝爾物理學獎，掀起了全世界對石墨烯研究的熱潮。石墨烯有優異的電學性能(室溫下電子遷移率可達2×105cM2/Vs)，突出的導熱性能(5000W/(MK)，超常的比表面積(2630M2/g)，其楊氏模量(1100GPa)和斷裂強度(125GPa)。石墨烯優異的導電導熱性能完全超過金屬，同時石墨烯具有耐高溫耐腐蝕的優點，而其良好的機械性能和較低的密度更讓其具備了在電熱材料領域取代金屬的潛力。

石墨烯氣凝膠是石墨烯宏觀組裝材料的重要應用形式之一，廣泛應用于太陽能收集、儲能、力學傳感器、光學傳感器、污水處理、空氣凈化、油品泄漏等重要領域。但是，目前常規氣凝膠具有如下的劣勢：其一，較低的交聯面積以及結構單元厚度，使得其強度低，容易掉渣，并且導電性差；其二，較低的結構強度使得其彈性恢復時間慢；第三，較低的結構強度使得其只能承受壓縮變形，不能承受彎曲以及拉伸形變。以上三種劣勢，使得其實際應用受到了極大的阻礙。

發明內容

本發明的目的在于針對現有技術的不足，提供一種石墨烯基彈性結構體及其制備方法。

本發明采用如下技術方案：一種石墨烯基彈性結構體，由石墨烯結構單元組成，所述石墨烯結構單元為厚度為30-100nm、面積為100～40000μm²的石墨烯納米膜，所述的石墨烯納米膜邊緣與相鄰的石墨烯結構單元發生交聯，構成立體多孔結構。所述石墨烯納米膜的雜原子含量在10wt％以下，缺陷密度I_D/I_G在0.02以上。

進一步地，所述立體多孔結構為氣凝膠結構。

一種制備上述彈性結構體的方法，包括如下步驟：

(1)利用氧化石墨烯溶液流延成取向度在95％以上的氧化石墨烯膜，所述氧化石墨烯尺寸在20μm以上，然后用氫碘酸進行化學還原，使得氧含量在10wt％以下；

(2)以2-20℃/min升溫至1400～1800℃以上進行高溫處理，得到立體多孔結構的氣凝膠膜。

一種制備上述彈性結構體的方法，該方法為：

(1)制備氧化石墨烯納米膜，厚度方向的層數為90～300之間，面積為100～40000μm²；

(2)將多個步驟1所述的納米膜放入到不良溶劑中，分散均勻后，凍干后得到固態密度在50mg/mL以上的氣凝膠膜。

進一步地，所述步驟2中，石墨烯納米膜在不良溶劑中的濃度為50mg/mL以上。