石墨烯-碳納米纖維復(fù)合氣凝膠的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種復(fù)合氣凝膠的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]氣凝膠(Aerogel)又稱干凝膠，當(dāng)凝膠脫去大部分溶劑，使凝膠中液體含量比固體含量少得多，或凝膠的空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)中充滿的介質(zhì)是氣體，外表呈固體狀，這即為氣凝膠。由于氣凝膠是一種多孔泡沫狀的固體材料，密度極低以及比表面積很高，因此現(xiàn)在多進(jìn)行催化基體、吸收材料以及導(dǎo)電和絕緣材料等領(lǐng)域研究。石墨烯氣凝膠同時(shí)具備了石墨烯和氣凝膠的特性，包括高的多孔率、超輕的密度、高的機(jī)械強(qiáng)度，以及很好的熱導(dǎo)率和電導(dǎo)率。因此，石墨烯氣凝膠被廣泛應(yīng)用于儲(chǔ)能、催化、環(huán)保、電子器件等領(lǐng)域。
[0003]當(dāng)碳納米纖維粒子尺寸越小，表面積越大，由于表面粒子缺少相鄰原子的配位，因而表面能增大極不穩(wěn)定，易于其他原子結(jié)合，顯出較強(qiáng)的活性。當(dāng)微粒的尺寸小到與光波的波長(zhǎng)、傳導(dǎo)電子的德布羅意波長(zhǎng)和超導(dǎo)態(tài)的相干長(zhǎng)度透射深度近似或更小時(shí)，其周期性的邊界條件將被破壞，粒子的聲、光、電磁、熱力學(xué)性質(zhì)將會(huì)改變，如熔點(diǎn)降低、分色變色、吸收紫外線、屏蔽電磁波等。
[0004]由于數(shù)層石墨烯間弱的化學(xué)鍵作用，以及石墨烯氣凝膠內(nèi)部為多孔結(jié)構(gòu)，這在一定程度上降低了其力學(xué)性能，影響其應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明是為了解決數(shù)層石墨烯間弱的化學(xué)鍵作用及石墨烯氣凝膠內(nèi)部為多孔結(jié)構(gòu)導(dǎo)致力學(xué)性能差的技術(shù)問題，提供了一種石墨烯-碳納米纖維復(fù)合氣凝膠的制備方法。
[0006]石墨烯-碳納米纖維復(fù)合氣凝膠的制備方法按照以下步驟進(jìn)行:
[0007]—、將干燥后的碳納米纖維加入到質(zhì)量分?jǐn)?shù)69%的濃硝酸中，碳納米纖維與濃硝酸的比例為lg:40?100ml，在80?100°C油浴鍋中反應(yīng)3?4h，將所得產(chǎn)物水洗至洗液為中性后，得到酸化的碳納米纖維懸浮液；
[0008]二、將氧化石墨烯分散于酸化的碳納米纖維懸浮液中，氧化石墨烯與碳納米纖維的質(zhì)量比為0.5?10: I，得到氧化石墨烯-碳納米纖維分散液；
[0009]三、在氧化石墨稀-碳納米纖維分散液中加入與石墨稀質(zhì)量比為10?1:1的還原劑，在溫度為80?180°C、還原I?24h或在室溫下還原I?10d，得還原過的樣品；
[0010]四、將還原過的樣品用去離子水沖洗后浸入質(zhì)量濃度為10?28%的氨水并在溫度為90°C的條件下保存0.5?2h，最后冷凍干燥或超臨界干燥，得到石墨烯-碳納米纖維復(fù)合氣凝膠；
[0011]步驟三中所述的還原劑為(NH4)2S、Na2S, NaHS、三聚氰胺、聚乙烯亞胺、水合肼、硼氫化鈉及氫碘酸中的一種或其中幾種的組合。
[0012]石墨烯-碳納米纖維復(fù)合氣凝膠的制備方法按照以下步驟進(jìn)行:
[0013]—、向20?10mg碳納米纖維中加入1ml去離子水，并滴加10?10mg質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%的分散劑水溶液，磁力攪拌10?24h，得到用PVA分散的碳納米纖維溶液；
[0014]二、將氧化石墨稀分散于用PVA分散的碳納米纖維溶液中，攪拌并超聲0.5?lh，氧化石墨烯與碳納米纖維的質(zhì)量比為0.5?10: I，得到氧化石墨烯-碳納米纖維分散液；
[0015]三、在氧化石墨稀-碳納米纖維分散液中加入與石墨稀質(zhì)量比為10?1:1的還原劑，在溫度為80?180°C、還原I?24h或在室溫下還原I?10d，得還原過的樣品；
[0016]四、將還原過的樣品用去離子水沖洗后浸入質(zhì)量濃度為10?28%的氨水并在溫度為90°C的條件下保存0.5?2h，最后冷凍干燥或超臨界干燥，得到石墨烯-碳納米纖維復(fù)合氣凝膠；
[0017]步驟一中所述的分散劑為聚乙烯醇、十二烷基苯磺酸鈉、十二烷基磺酸鈉、TritonX-100、聚乙二醇、異丙醇及硅酸鈉中的一種或其中幾種的組合。
[0018]步驟三中所述的還原劑為(NH4)2S、Na2S, NaHS、三聚氰胺、聚乙烯亞胺、水合肼、硼氫化鈉及氫碘酸中的一種或其中幾種的組合。
[0019]本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn):
[0020]1、引入碳納米纖維提高了強(qiáng)度；
[0021]2、采用新的還原劑通過水熱法使氧化石墨烯在溫和條件下被還原。
[0022]3、碳納米纖維可以提高石墨烯氣凝膠的穩(wěn)定性。
【附圖說明】
[0023]圖1是實(shí)驗(yàn)一中步驟二中所得氧化石墨烯-碳納米纖維分散液的照片；
[0024]圖2是實(shí)驗(yàn)一中步驟三中所得還原過的樣品的照片；
[0025]圖3是實(shí)驗(yàn)一中步驟四中所得石墨烯-碳納米纖維復(fù)合氣凝膠的照片；
[0026]圖4是實(shí)驗(yàn)一中步驟四中所得石墨烯-碳納米纖維復(fù)合氣凝膠的SEM圖；
[0027]圖5是實(shí)驗(yàn)二中步驟四中所得石墨烯-碳納米纖維復(fù)合氣凝膠的SEM圖；
[0028]圖6是實(shí)驗(yàn)三中步驟四中所得石墨烯-碳納米纖維復(fù)合氣凝膠的SEM圖；
[0029]圖7是實(shí)驗(yàn)三中步驟四中所得石墨烯-碳納米纖維復(fù)合氣凝膠、還原石墨烯氣凝膠和氧化石墨烯在氬氣條件下的熱重曲線，圖中I表示石墨烯-碳納米纖維復(fù)合氣凝膠的熱重曲線，2表示還原石墨烯氣凝膠的熱重曲線，3表示氧化石墨烯的熱重曲線。
【具體實(shí)施方式】
[0030]本發(fā)明技術(shù)方案不局限于以下所列舉【具體實(shí)施方式】，還包括各【具體實(shí)施方式】間的任意組合。
[0031]【具體實(shí)施方式】一:本實(shí)施方式石墨烯-碳納米纖維復(fù)合氣凝膠的制備方法按照以下步驟進(jìn)行:
[0032]—、將干燥后的碳納米纖維加入到質(zhì)量分?jǐn)?shù)69%的濃硝酸中，碳納米纖維與濃硝酸的比例為lg:40?100ml，在80?100°C油浴鍋中反應(yīng)3?4h，將所得產(chǎn)物水洗至洗液為中性后，得到酸化的碳納米纖維懸浮液；
[0033]二、將氧化石墨烯分散于酸化的碳納米纖維懸浮液中，氧化石墨烯與碳納米纖維的質(zhì)量比為0.5?10: I，得到氧化石墨烯-碳納米纖維分散液；
[0034]三、在氧化石墨稀-碳納米纖維分散液中加入與石墨稀質(zhì)量比為10?1:1的還原劑，在溫度為80?180°C、還原I?24h或在室溫下還原I?10d，得還原過的樣品；
[0035]四、將還原過的樣品用去離子水沖洗后浸入質(zhì)量濃度為10?28%的氨水并在溫度為90°C的條件下保存0.5?2h，最后冷凍干燥或超臨界干燥，得到石墨烯-碳納米纖維復(fù)合氣凝膠；
[0036]步驟三中所述的還原劑為(NH4)2S、Na2S, NaHS、三聚氰胺、聚乙烯亞胺、水合肼、硼氫化鈉及氫碘酸中的一種或其中幾種的組合。
[0037]本實(shí)施方式中所述的還原劑為組合物時(shí)各成分間為任意比。
[0038]【具體實(shí)施方式】二:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】一不同的是步驟一中所述油浴鍋的溫度為82?98°C。其它與【具體實(shí)施方式】一相同。
[0039]【具體實(shí)施方式】三:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】一或二之一不同的是步驟一中所述油浴鍋的溫度為95°C。其它與【具體實(shí)施方式】一或二之一相同。
[0040]【具體實(shí)施方式】四:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】一至三之一不同的是步驟四中所述保存時(shí)間為0.8?1.5h。其它與【具體實(shí)施方式】一至三之一相同。
[0041]【具體實(shí)施方式】五:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】一至四之一不同的是步驟四中所述保存時(shí)間為lh。其它與【具體實(shí)施方式】一至四之一相同。
[0042]【具體實(shí)施方式】六:本實(shí)施方式石墨烯-碳納米纖維復(fù)合氣凝膠的制備方法按照以下步驟進(jìn)行:
[0043]—、向20?10mg碳納米纖維中加入1ml去離子水，并滴加10?10mg質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%的分散劑水溶液，磁力攪拌10?24h，得到用PVA分散的碳納米纖維溶液；
[0044]二、將氧化石墨稀分散于用PVA分散的碳納米纖維溶液中，攪拌并超聲0.5?lh，氧化石墨烯與碳納米纖維的質(zhì)量比為0.5?10: I，得到氧化石墨烯-碳納米纖維分散液；
[0045]三、在氧化石墨稀-碳納米纖維分散液中加入與石墨稀質(zhì)量比為10?1:1的還原劑，在溫度為80?180°C、還原I?24h或在室溫下還原I?10d，得還原過的樣品；
[0046]四、將還原過的樣品用去離子水沖洗后浸入質(zhì)量濃度為10?28%的氨水并在溫度為90°C的條件下保存0.5?2h，最后冷凍干燥或超臨界干燥，得到石墨烯-碳納米纖維復(fù)合氣凝膠；