[發(fā)明專利]一種石墨烯/聚酰亞胺微晶球復(fù)合材料及制備方法和應(yīng)用

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011619833.8
• 申請(qǐng)日: 2020-12-30
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN112852005B
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-04-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 章建君;胡軍明;毛惠敏
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 寧波益德新材料有限公司
• 主分類號(hào): C08J9/32
• 分類號(hào): C08J9/32;C08J5/18;C08L79/08;C08K3/04
• 代理公司: 上海統(tǒng)攝知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 31303
• 代理人: 杜亞

本發(fā)明涉及一種石墨烯/聚酰亞胺微晶球復(fù)合材料及制備方法和應(yīng)用，制備方法為：(1)將高純度石墨烯與熱膨脹微球發(fā)泡劑加入可溶性聚酰亞胺溶液中，高速攪拌，制得低粘度的混合溶液；(2)將混合溶液倒在金屬板材上并蒸發(fā)溶劑后進(jìn)行非接觸式加熱制得石墨烯/聚酰亞胺微晶球復(fù)合材料；所述高純度石墨烯由石墨粉經(jīng)2850℃高溫煅燒、插層和機(jī)械剝離后制得，其片層小于10層，碳含量大于99.9wt％；采用上述方法制得的石墨烯/聚酰亞胺微晶球復(fù)合材料為石墨烯/聚酰亞胺微晶球薄膜，太陽(yáng)光吸收效率為90～95％。本發(fā)明的方法制得的石墨烯/聚酰亞胺微晶球復(fù)合材料具有對(duì)太陽(yáng)光的高吸收率和對(duì)熱的高傳導(dǎo)率，在太陽(yáng)能熱水器及光伏發(fā)電上的有良好的應(yīng)用前景。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于石墨烯復(fù)合材料技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種石墨烯/聚酰亞胺微晶球復(fù)合材料及制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)

石墨烯是一種由碳原子以sp2雜化軌道鏈接成六角環(huán)呈蜂窩式層狀的平面薄膜，在室溫下的載流子遷移率約為15000cm/(V·s)，單層石墨烯的導(dǎo)熱系數(shù)高達(dá)5300W/m·K，是目前為止導(dǎo)熱系數(shù)最高的碳材料，具有良好的導(dǎo)電和導(dǎo)熱性能。此外，石墨烯具有理論值高達(dá)2630m²/g的比表面積，吸附容量大，吸附速率高，光熱轉(zhuǎn)化能力優(yōu)良，可以有效吸收近紅外光，將吸收的光能迅速轉(zhuǎn)化為熱能。因?yàn)楦呒兌鹊氖缀跬耆该鳎腹饴矢哌_(dá)97.7％，因此通常需要將石墨烯與其他材料進(jìn)行結(jié)合，組成復(fù)合材料，增加其吸光能力，達(dá)到一個(gè)良好的光熱轉(zhuǎn)化效果。

在太陽(yáng)能的熱利用中，關(guān)鍵是將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換為熱能。由于太陽(yáng)能比較分散，設(shè)法提高太陽(yáng)能吸收率是利用太陽(yáng)能的重點(diǎn)研究方向，太陽(yáng)能選擇性吸收涂層是太陽(yáng)能光熱轉(zhuǎn)化中最為關(guān)鍵的部分，其質(zhì)量和光學(xué)性質(zhì)決定光熱轉(zhuǎn)化的效率。為了充分利用太陽(yáng)能，吸熱涂層的設(shè)計(jì)應(yīng)最大限度地吸收太陽(yáng)輻射，并且減小材料導(dǎo)熱過(guò)程中的熱輻射損失。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述問(wèn)題，提供一種石墨烯/聚酰亞胺微晶球復(fù)合材料及制備方法和應(yīng)用。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：

一種石墨烯/聚酰亞胺微晶球復(fù)合材料的制備方法，包括如下步驟：

(1)將高純度石墨烯與熱膨脹微球發(fā)泡劑加入可溶性聚酰亞胺溶液中，高速攪拌，制得低粘度的混合溶液；將高純度石墨烯分散到可溶性聚酰亞胺溶液中，可避免石墨烯團(tuán)聚的問(wèn)題；高速攪拌可以使混合溶液中各組分更快、更好地相溶；

(2)將混合溶液倒在金屬板材上并蒸發(fā)溶劑后進(jìn)行非接觸式加熱(接觸式加熱易破壞整體結(jié)構(gòu)，因而本發(fā)明采用非接觸式加熱)使熱膨脹微球發(fā)泡劑發(fā)泡，制得石墨烯/聚酰亞胺微晶球復(fù)合材料；

所述高純度石墨烯由石墨粉經(jīng)2850℃高溫煅燒、插層和機(jī)械剝離后制得，其片層小于10層(優(yōu)選為1～5層)，碳含量大于99.9wt％；

所述熱膨脹微球發(fā)泡劑由外殼和芯材兩部分組成，外殼和芯材的質(zhì)量比為20～30:1；外殼為甲基丙烯酸甲酯、偏二氯乙烯和丙烯腈的共聚物，且共聚物中甲基丙烯酸甲酯的質(zhì)量占比為5～25％，偏二氯乙烯的質(zhì)量占比為20～75％，丙烯腈的質(zhì)量占比為20～70％；芯材為異戊烷、正戊烷、正己烷、異己烷、異辛烷或正辛烷等液態(tài)的低沸點(diǎn)化合物；

高速攪拌的轉(zhuǎn)速為600～1000r/min，攪拌時(shí)間為30～90min；

混合溶液的粘度為1.3～10Pa·s；

非接觸式加熱的溫度為70～200℃，此溫度范圍內(nèi)溶劑已完全蒸發(fā)，熱膨脹微球發(fā)泡劑發(fā)泡但未達(dá)到破裂溫度。

當(dāng)加熱熱膨脹微球時(shí)，內(nèi)部芯材汽化或分解并產(chǎn)生壓力，同時(shí)高分子外殼受熱軟化，體積增大到原來(lái)的10倍甚至100倍，石墨烯包覆在熱膨脹微球表面，排列在聚酰亞胺薄膜上，整體附著于金屬板材上，制得石墨烯/聚酰亞胺微晶球復(fù)合材料。

作為優(yōu)選的技術(shù)方案：