[發(fā)明專(zhuān)利]一種多級(jí)結(jié)構(gòu)彈性碳化硅納米線氣凝膠及其3D打印制備方法和應(yīng)用

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202210342464.5
• 申請(qǐng)日: 2022-04-02
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN114890425A
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-08-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王紅潔;郭鵬飛;蘇磊;盧德;徐亮
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 西安交通大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): C01B32/977
• 分類(lèi)號(hào): C01B32/977;B33Y70/10;B33Y80/00;B33Y10/00;B82Y40/00
• 代理公司: 西安通大專(zhuān)利代理有限責(zé)任公司 61200
• 代理人: 范巍

1.一種多級(jí)結(jié)構(gòu)彈性碳化硅納米線氣凝膠的3D打印制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

1)制備碳纖維水基3D打印墨水；

2)利用碳纖維水基3D打印墨水打印碳纖維基結(jié)構(gòu)；

3)將3D打印的碳纖維基結(jié)構(gòu)經(jīng)熱處理、浸漬聚硅氧烷溶膠后，得到聚硅氧烷溶膠/3D打印碳纖維基結(jié)構(gòu)；

4)在氬氣氣氛中，將聚硅氧烷溶膠/3D打印碳纖維基結(jié)構(gòu)裂解處理，得到3D打印碳纖維/碳化硅納米線雜化結(jié)構(gòu)；

5)將3D打印碳纖維/碳化硅納米線雜化結(jié)構(gòu)熱處理，得到多級(jí)結(jié)構(gòu)彈性碳化硅納米線氣凝膠。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多級(jí)結(jié)構(gòu)彈性碳化硅納米線氣凝膠的3D打印制備方法，其特征在于，步驟1)中，制備碳纖維水基3D打印墨水，以質(zhì)量百分比計(jì)，準(zhǔn)備原料，包括：3％～28％的短切碳纖維，4％～12％的氣相納米二氧化硅，2％～10％的造孔劑，1.5％～2.5％的增稠劑，47.5％～89.5％的溶劑。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的多級(jí)結(jié)構(gòu)彈性碳化硅納米線氣凝膠的3D打印制備方法，其特征在于，所述短切碳纖維的長(zhǎng)度為100～250μm；氣相納米二氧化硅的尺寸為7～40nm，100m²/g比表面積400m²/g；造孔劑選擇聚苯乙烯微球、聚甲基丙烯酸甲酯微球或木粉，尺寸為5～80μm；增稠劑選擇羥丙基甲基纖維素、瓜爾膠或黃原膠；溶劑為水。

4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的多級(jí)結(jié)構(gòu)彈性碳化硅納米線氣凝膠的3D打印制備方法，其特征在于，制備碳纖維水基3D打印墨水時(shí)，將短切碳纖維和造孔劑加入溶劑中，在7000～18000轉(zhuǎn)/分鐘的轉(zhuǎn)速下高速攪拌處理5～30分鐘，最后加入增稠劑和氣相納米二氧化硅，繼續(xù)在1000～3000轉(zhuǎn)/分鐘的轉(zhuǎn)速下機(jī)械攪拌1～4小時(shí)。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多級(jí)結(jié)構(gòu)彈性碳化硅納米線氣凝膠的3D打印制備方法，其特征在于，步驟2)中，采用直接墨水書(shū)寫(xiě)3D打印機(jī)打印碳纖維基結(jié)構(gòu)：通過(guò)編寫(xiě)G代碼實(shí)現(xiàn)對(duì)碳纖維基結(jié)構(gòu)的形狀、結(jié)構(gòu)、尺寸、孔隙形狀和孔隙大小的控制；3D打印的速度為5～25mm/s，打印尺寸10mm。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多級(jí)結(jié)構(gòu)彈性碳化硅納米線氣凝膠的3D打印制備方法，其特征在于，步驟3)中，熱處理溫度為400～600℃，熱處理時(shí)間為0.5～3.5h，熱處理氣氛為空氣；熱處理后的碳纖維基結(jié)構(gòu)浸漬于聚硅氧烷溶膠的量占碳纖維基結(jié)構(gòu)質(zhì)量的1％～15％，浸漬處理時(shí)間為0.5～2h；所述聚硅氧烷溶膠以質(zhì)量百分比計(jì)，由6.1％～23.8％的硅氧烷、7.4％～28.5％的水和47.7％～86.5％的無(wú)水乙醇組成。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多級(jí)結(jié)構(gòu)彈性碳化硅納米線氣凝膠的3D打印制備方法，其特征在于，步驟4)中，裂解溫度為1300～1600℃，處理時(shí)間為1～3h。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多級(jí)結(jié)構(gòu)彈性碳化硅納米線氣凝膠的3D打印制備方法，其特征在于，步驟5)中，熱處理是在空氣氣氛下，在700～800℃，處理1～4h。

9.采用權(quán)利要求1～8中任意一項(xiàng)所述的3D打印制備方法制得的多級(jí)結(jié)構(gòu)彈性碳化硅納米線氣凝膠，其特征在于，該多級(jí)結(jié)構(gòu)彈性碳化硅納米線氣凝膠具有跨宏觀和微觀尺度的多級(jí)結(jié)構(gòu)，其中：

在微觀上，由直徑為20～700nm的碳化硅納米線組成直徑為400～600μm的納米線柱子，納米線柱子的水平排列和垂直疊層組成宏觀尺寸10mm且具有復(fù)雜形狀的彈性碳化硅納米線氣凝膠。

10.權(quán)利要求9所述的多級(jí)結(jié)構(gòu)彈性碳化硅納米線氣凝膠在制備熱管理器件、輕量化結(jié)構(gòu)件、高溫過(guò)濾器、催化劑載體或電極隔膜中的應(yīng)用。