一種用于光轉(zhuǎn)化儲(chǔ)能的石墨烯復(fù)合材料及制備方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種用于光轉(zhuǎn)化儲(chǔ)能的石墨烯復(fù)合材料及制備方法，采用石墨作為原料，先將苯基銨鹽陽(yáng)離子滲入到石墨層間，通過(guò)石墨層間的π鍵親電子作用，在石墨層間引入正電性雜質(zhì)，再與金屬陽(yáng)離子鹽共混，在苯基銨鹽與金屬陽(yáng)離子發(fā)生離子交換反應(yīng)，在惰性氣體的保護(hù)下，加溫使鹽分解獲得納米金屬氧化物顆粒。本發(fā)明克服了現(xiàn)有技術(shù)中石墨烯和氧化物顆粒易團(tuán)聚、兩者分散不均勻及制備工藝復(fù)雜、設(shè)備要求高等問(wèn)題，將機(jī)械剝離和納米材料復(fù)合兩個(gè)過(guò)程合二為一，大幅降低成本，簡(jiǎn)化工藝，適合于連續(xù)化工業(yè)生產(chǎn)工藝，兼容了機(jī)械剝離石墨烯的工藝，適合部分已有基礎(chǔ)的公司直接投產(chǎn)。
【專(zhuān)利說(shuō)明】
一種用于光轉(zhuǎn)化儲(chǔ)能的石墨烯復(fù)合材料及制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及復(fù)合材料制備技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種用于光轉(zhuǎn)化儲(chǔ)能的石墨烯復(fù)合材料及制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]石墨烯以其較大比表面積，優(yōu)良的導(dǎo)電導(dǎo)熱性能和較低的熱膨脹系數(shù)而被認(rèn)為是一種理想的材料，尤其是其導(dǎo)電性能好和比表面大的特點(diǎn)，在光轉(zhuǎn)化儲(chǔ)能材料中也有重要用途。石墨烯與氧化物粉體共混摻雜高分子材料在功能高分子材料領(lǐng)域已越來(lái)越成為研究熱點(diǎn)，而石墨烯與氧化物粉體則是其重要的功能性添加劑。
[0003]中國(guó)專(zhuān)利公開(kāi)號(hào)103804877A提供了一種具有導(dǎo)電和光轉(zhuǎn)換儲(chǔ)能功能的聚合物材料的制備方法，該方法將石墨烯和二氧化鈦摻雜體系粉體與樹(shù)脂粉體通過(guò)預(yù)混機(jī)混合均勻得到預(yù)混物，再向雙螺桿共混擠出機(jī)的喂料口喂入預(yù)混物，再添加磷酸二氫鈉和聚乙烯蠟，得到所述具有導(dǎo)電和光轉(zhuǎn)換儲(chǔ)能功能的聚合物材料。該方法賦予了材料導(dǎo)電、防微波輻射和光轉(zhuǎn)化儲(chǔ)能功能的同時(shí)，增強(qiáng)強(qiáng)度和耐磨性。但是，在該方法中，石墨烯和二氧化鈦摻雜體系粉體在預(yù)混機(jī)的機(jī)械攪拌下混合，會(huì)導(dǎo)致二氧化鈦和石墨烯分布不均勻，形成石墨烯納米團(tuán)聚或二氧化鈦納米團(tuán)聚區(qū)域，而非預(yù)想的石墨烯和二氧化鈦復(fù)合體系，降低材料的導(dǎo)電性和光轉(zhuǎn)換儲(chǔ)能功能性。
[0004]中國(guó)專(zhuān)利公開(kāi)號(hào)103936065A提供了一種二氧化鈦與石墨烯復(fù)合納米材料的制備方法。該方法包括:取石墨烯氧化物水溶液和叔丁胺混合得到混合液，再與鈦酸正丙酯溶液混合，在微波輔助加熱至120°C?200°C的條件下磁力攪拌，進(jìn)行反應(yīng)生成有機(jī)相溶液，再?gòu)脑撚袡C(jī)相溶液中分離出二氧化鈦與石墨烯復(fù)合納米材料。制備的納米粒子結(jié)晶性好、粒徑分布窄、尺寸可控，納米粒子在復(fù)合材料中可均勻地分散于石墨烯基表面，不脫落、不團(tuán)聚、穩(wěn)定性好。但是，使用的鈦酸正丙酯對(duì)環(huán)境要求高，空氣中的水蒸氣會(huì)使之分解，而且價(jià)格曰蟲(chóng)印貝ο
[0005]中國(guó)專(zhuān)利公開(kāi)號(hào)104099062A提供了一種石墨烯/四針氧化鋅晶須復(fù)合吸波材料及制備方法。該方法以天然鱗片石墨為原料，先制備還原氧化石墨烯;將得到的還原氧化石墨烯分散到酒精溶液，超聲得到還原氧化石墨烯的分散液，向還原氧化石墨烯的分散液中加入四針狀氧化鋅晶須，再進(jìn)行磁力攪拌均勻，將混合溶液置于烘箱干燥得到復(fù)合吸波材料。本發(fā)明制備過(guò)程簡(jiǎn)單，制得的吸波材料吸波性能優(yōu)異，吸波強(qiáng)，吸波頻段寬，可調(diào)控性強(qiáng)，調(diào)節(jié)厚度能實(shí)現(xiàn)不同頻率下的高吸收。但是，石墨烯包裹在氧化鋅晶須上形成各個(gè)獨(dú)立的單元，各個(gè)單元之間的接觸為點(diǎn)點(diǎn)接觸，不一定能形成導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，使得吸波功能性不均勻。
[0006]綜上所述，工業(yè)化生產(chǎn)需要一種原料成本低廉，來(lái)源廣泛，并且獲得的石墨烯復(fù)合氧化物粉體材料分散均勻、工藝簡(jiǎn)單、成本低廉的技術(shù)手段，滿(mǎn)足工業(yè)化大規(guī)模生產(chǎn)需要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，直接采用石墨作為原料，先將苯基銨鹽陽(yáng)離子滲入到石墨層間，通過(guò)石墨層間的:π鍵親電子作用，在石墨層間引入正電性雜質(zhì)，再與金屬陽(yáng)離子鹽共混，在苯基銨鹽與金屬陽(yáng)離子發(fā)生離子交換反應(yīng)，在惰性氣體的保護(hù)下，加溫使鹽分解獲得納米金屬氧化物顆粒。該方法將機(jī)械剝離和納米材料復(fù)合兩個(gè)過(guò)程合二為一，大幅降低成本，簡(jiǎn)化工藝，適合于連續(xù)化工業(yè)生產(chǎn)工藝，兼容了機(jī)械剝離石墨烯的工藝，而且還解決了石墨烯和氧化物顆粒易團(tuán)聚、兩者分散不均勻及制備工藝復(fù)雜、設(shè)備要求高等問(wèn)題，適合部分已有基礎(chǔ)的公司直接投產(chǎn)。
[0008]本發(fā)明提供一種用于光轉(zhuǎn)化儲(chǔ)能的石墨烯復(fù)合材料及制備方法，所述方法包括以下步驟:
a.將石墨材料投放入電解質(zhì)溶液中，靜置I?5天，使所述電解質(zhì)溶液中的陽(yáng)離子滲入所述石墨材料層間，形成插層石墨，分離取出所述插層石墨，其中，所述石墨材料與所述電解質(zhì)溶液質(zhì)量比為1:2?5，所述電解質(zhì)溶液的濃度為20?60 mg/L；
b.將所述插層石墨和金屬陽(yáng)離子鹽共混放入連續(xù)螺桿反應(yīng)擠出機(jī)，獲得擠出固體產(chǎn)物，采用篩孔篩選出粒徑為10?10nm的石墨烯和金屬陽(yáng)離子鹽體系粉體；
c.在惰性氣體保護(hù)下，將所述石墨烯和金屬陽(yáng)離子鹽體系粉體加入連續(xù)螺桿反應(yīng)擠出機(jī)，設(shè)置所述連續(xù)螺桿反應(yīng)擠出機(jī)溫度至300?600°C，擠出壓力20?50 MPa，獲得具有導(dǎo)電和光轉(zhuǎn)換儲(chǔ)能功能的石墨烯與金屬氧化物體系粉體。
[0009]可選的，所述石墨材料為致密結(jié)晶狀石墨，鱗片石墨、膨脹石墨或可膨脹石墨中的一種或幾種。
[0010]可選的，所述電解質(zhì)溶液中的陽(yáng)離子來(lái)自于苯胺鹽、苯基叔銨鹽、苯基季銨鹽中的一種或幾種。
[0011]可選的，所述電解質(zhì)溶液中的陰離子來(lái)自于硼酸鹽、氯酸鹽和磷酸鹽中的一種或幾種。
[0012]可選的，所述金屬陽(yáng)離子鹽為碳酸鎂、硝酸鎂、乙酸鎂、硝酸鋁、乙酸鋁、氯化鋅、碳酸鋅、硝酸鋅、乙酸鋅、乙酸鈦、乙酸鈮、硝酸鈦的至少一種，所述金屬陽(yáng)離子鹽與所述插層石墨的質(zhì)量比為1:20?100。
[0013]可選的，所述惰性氣體為氮?dú)?、氬氣、氦氣、氖氣中的一種。
[0014]本申請(qǐng)實(shí)施例中的上述一個(gè)或多個(gè)技術(shù)方案，至少具有如下一種或多種技術(shù)效果:
1、本發(fā)明將機(jī)械剝離和納米材料復(fù)合兩個(gè)過(guò)程合二為一，大幅降低成本，簡(jiǎn)化工藝，適合于連續(xù)化工業(yè)生產(chǎn)工藝。
[0015]2、本發(fā)明主要利用苯基銨鹽作為插層劑，經(jīng)過(guò)高溫分解不引入雜質(zhì)元素，而金屬陽(yáng)離子鹽通過(guò)與苯基銨鹽離子交換，使得金屬離子在石墨層間均勻分散，加熱后形成的氧化物在石墨烯表面也分散均勻，顆粒尺寸均勻。
[0016]3、本發(fā)明采用石墨作為原料，成本低廉適合大規(guī)模生產(chǎn)。
【具體實(shí)施方式】
[0017]通過(guò)【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明，但不應(yīng)將此理解為本發(fā)明的范圍僅限于以下的實(shí)例。在不脫離本發(fā)明上述方法思想的情況下，根據(jù)本領(lǐng)域普通技術(shù)知識(shí)和慣用手段做出的各種替換或變更，均應(yīng)包含在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
[0018]實(shí)施例一
將500g鱗片石墨投放入100g濃度為20 mg/L的苯胺氯酸鹽電解質(zhì)溶液中，靜置I天，讓電解質(zhì)溶液中的陽(yáng)離子滲入所述石墨材料層間，形成插層石墨，過(guò)濾分離取出所述插層石墨，將250g插層石墨和2.5g碳酸鎂共混放入連續(xù)螺桿反應(yīng)擠出機(jī)，獲得擠出固體產(chǎn)物，采用篩孔篩選出粒徑為10?20nm的石墨烯和碳酸鎂粉體。接下來(lái)，在氮?dú)鈿怏w保護(hù)下，將所述石墨烯和碳酸鎂體粉體加入連續(xù)螺桿反應(yīng)擠出機(jī)，設(shè)置所述連續(xù)螺桿反應(yīng)擠出機(jī)溫度至300°C，擠出壓力20 MPa，苯胺氯酸鹽和碳酸鎂受熱分解，分解的二氧化碳與氨氣氣體釋放，獲得具有導(dǎo)電和光轉(zhuǎn)換儲(chǔ)能功能的石墨烯與氧化鎂復(fù)合粉體。
[0019]實(shí)施例二
將500g鱗片石墨投放入100g濃度為20 mg/L的苯胺氯酸鹽電解質(zhì)溶液中，靜置I天，讓電解質(zhì)溶液中的陽(yáng)離子滲入所述石墨材料層間，形成插層石墨，過(guò)濾分離取出所述插層石墨，將250g插層石墨和2.5g碳酸鎂共混放入連續(xù)螺桿反應(yīng)擠出機(jī)，獲得擠出固體產(chǎn)物，采用篩孔篩選出粒徑為10?20nm的石墨烯和碳酸鎂粉體。接下來(lái)，在氮?dú)鈿怏w保護(hù)下，將所述石墨烯和碳酸鎂體粉體加入連續(xù)螺桿反應(yīng)擠出機(jī)，設(shè)置所述連續(xù)螺桿反應(yīng)擠出機(jī)溫度至300°C，擠出壓力20 MPa，苯胺氯酸鹽和碳酸鎂受熱分解，分解的二氧化碳與氨氣氣體釋放，獲得具有導(dǎo)電和光轉(zhuǎn)換儲(chǔ)能功能的石墨烯與氧化鎂復(fù)合粉體。
[0020]實(shí)施例三
將500g膨脹石墨投放入100g濃度為20 mg/L的苯基季銨氯酸鹽電解質(zhì)溶液中，靜置I天，讓電解質(zhì)溶液中的陽(yáng)離子滲入所述石墨材料層間，形成插層石墨，過(guò)濾分離取出所述插層石墨，將250g插層石墨和2.5g碳酸鎂共混放入連續(xù)螺桿反應(yīng)擠出機(jī)，獲得擠出固體產(chǎn)物，采用篩孔篩選出粒徑為50?60nm的石墨烯和碳酸鎂粉體。接下來(lái)，在氮?dú)鈿怏w保護(hù)下，將石墨烯和碳酸鎂體粉體加入連續(xù)螺桿反應(yīng)擠出機(jī)，設(shè)置所述連續(xù)螺桿反應(yīng)擠出機(jī)溫度至300°C，擠出壓力20 MPa，苯基季銨氯酸鹽和碳酸鎂受熱分解，分解的二氧化碳與氨氣氣體釋放，獲得具有導(dǎo)電和光轉(zhuǎn)換儲(chǔ)能功能的石墨烯與氧化鎂復(fù)合粉體。
[0021]實(shí)施例四
將500g膨脹石墨投放入3000g濃度為50 mg/L的苯基季銨氯酸鹽電解質(zhì)溶液中，靜置5天，讓電解質(zhì)溶液中的陽(yáng)離子滲入所述石墨材料層間，形成插層石墨，過(guò)濾分離取出所述插層石墨，將250g插層石墨和2.5g硝酸鎂共混放入連續(xù)螺桿反應(yīng)擠出機(jī)，獲得擠出固體產(chǎn)物，采用篩孔篩選出粒徑為80?90nm的石墨烯和硝酸鎂粉體。接下來(lái)，在氮?dú)鈿怏w保護(hù)下，將石墨烯和碳酸鎂體粉體加入連續(xù)螺桿反應(yīng)擠出機(jī)，設(shè)置所述連續(xù)螺桿反應(yīng)擠出機(jī)溫度至300°C，擠出壓力20 MPa，苯基季銨氯酸鹽和硝酸鎂受熱分解，分解的氮氧化物與氨氣氣體釋放，獲得具有導(dǎo)電和光轉(zhuǎn)換儲(chǔ)能功能的石墨烯與氧化鎂復(fù)合粉體。
[0022]實(shí)施例五
將500g膨脹石墨投放入3000g濃度為50 mg/L的苯基季銨氯酸鹽電解質(zhì)溶液中，靜置5天，讓電解質(zhì)溶液中的陽(yáng)離子滲入所述石墨材料層間，形成插層石墨，過(guò)濾分離取出所述插層石墨，將250g插層石墨和2.5g乙酸鈦共混放入連續(xù)螺桿反應(yīng)擠出機(jī)，獲得擠出固體產(chǎn)物，采用篩孔篩選出粒徑為80?90nm的石墨烯和硝酸鎂粉體。接下來(lái)，在氮?dú)鈿怏w保護(hù)下，將石墨烯和乙酸鈦粉體加入連續(xù)螺桿反應(yīng)擠出機(jī)，設(shè)置所述連續(xù)螺桿反應(yīng)擠出機(jī)溫度至600°C，擠出壓力50 MPa，苯基季銨氯酸鹽和乙酸鈦受熱分解，分解的碳氧化物與氨氣氣體釋放，獲得具有導(dǎo)電和光轉(zhuǎn)換儲(chǔ)能功能的石墨烯與氧化鈦復(fù)合粉體。
[0023]實(shí)施例六
將500g膨脹石墨投放入3000g濃度為60 mg/L的苯基季錢(qián)氯酸鹽電解質(zhì)溶液中，靜置5天，讓電解質(zhì)溶液中的陽(yáng)離子滲入所述石墨材料層間，形成插層石墨，過(guò)濾分離取出所述插層石墨，將250g插層石墨和5g硝酸鎂和碳酸鎂粉末共混放入連續(xù)螺桿反應(yīng)擠出機(jī)，獲得擠出固體產(chǎn)物，采用篩孔篩選出粒徑為80?90nm的石墨烯和硝酸鎂、碳酸鎂粉體。接下來(lái)，在氮?dú)鈿怏w保護(hù)下，將石墨烯和碳酸鎂體粉體加入連續(xù)螺桿反應(yīng)擠出機(jī)，設(shè)置所述連續(xù)螺桿反應(yīng)擠出機(jī)溫度至600°C，擠出壓力50 MPa，苯基季銨氯酸鹽和硝酸鎂、碳酸鎂受熱分解，分解的氮氧化物、碳氧化物與氨氣氣體釋放，獲得具有導(dǎo)電和光轉(zhuǎn)換儲(chǔ)能功能的石墨烯與氧化鎂復(fù)合粉體。
[0024]盡管已描述了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，但本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員一旦得知了基本創(chuàng)造性概念，則可對(duì)這些實(shí)施例作出另外的變更和修改。所以，所附權(quán)利要求意欲解釋為包括優(yōu)選實(shí)施例以及落入本發(fā)明范圍的所有變更和修改。
[0025]顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對(duì)本發(fā)明進(jìn)行各種改動(dòng)和變型而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。這樣，倘若本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍之內(nèi)，則本發(fā)明也意圖包含這些改動(dòng)和變型在內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種用于光轉(zhuǎn)化儲(chǔ)能的石墨稀復(fù)合材料及制備方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟: a.將石墨材料投放入電解質(zhì)溶液中，靜置I?5天，使所述電解質(zhì)溶液中的陽(yáng)離子滲入所述石墨材料層間，形成插層石墨，分離取出所述插層石墨，其中，所述石墨材料與所述電解質(zhì)溶液質(zhì)量比為1:2?5，所述電解質(zhì)溶液的濃度為20?60 mg/L； b.將所述插層石墨和金屬陽(yáng)離子鹽共混放入連續(xù)螺桿反應(yīng)擠出機(jī)，獲得擠出固體產(chǎn)物，采用篩孔篩選出粒徑為10?10nm的石墨烯和金屬陽(yáng)離子鹽體系粉體； c.在惰性氣體保護(hù)下，將所述石墨烯和金屬陽(yáng)離子鹽體系粉體加入連續(xù)螺桿反應(yīng)擠出機(jī)，設(shè)置所述連續(xù)螺桿反應(yīng)擠出機(jī)溫度至300?600°C，擠出壓力20?50 MPa，獲得具有導(dǎo)電和光轉(zhuǎn)換儲(chǔ)能功能的石墨烯與金屬氧化物體系粉體。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于光轉(zhuǎn)化儲(chǔ)能的石墨烯復(fù)合材料及制備方法，其特征在于，所述石墨材料為致密結(jié)晶狀石墨，鱗片石墨、膨脹石墨或可膨脹石墨中的一種或幾種。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于光轉(zhuǎn)化儲(chǔ)能的石墨烯復(fù)合材料及制備方法，其特征在于，所述電解質(zhì)溶液中的陽(yáng)離子來(lái)自于苯銨鹽、苯基叔銨鹽、苯基季銨鹽中的一種或幾種。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于光轉(zhuǎn)化儲(chǔ)能的石墨烯復(fù)合材料及制備方法，其特征在于，所述電解質(zhì)溶液中的陰離子來(lái)自于硼酸鹽、氯酸鹽和磷酸鹽中的一種或幾種。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于光轉(zhuǎn)化儲(chǔ)能的石墨烯復(fù)合材料及制備方法，其特征在于，所述金屬陽(yáng)離子鹽為碳酸鎂、硝酸鎂、乙酸鎂、硝酸鋁、乙酸鋁、氯化鋅、碳酸鋅、硝酸鋅、乙酸鋅、乙酸鈦、乙酸鈮、硝酸鈦的至少一種，所述金屬陽(yáng)離子鹽與所述插層石墨的質(zhì)量比為1:20?100。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于光轉(zhuǎn)化儲(chǔ)能的石墨烯復(fù)合材料及制備方法，其特征在于，所述惰性氣體為氮?dú)?、氬氣、氦氣、氖氣中的一種。
【文檔編號(hào)】B82Y30/00GK106058253SQ201610372270
【公開(kāi)日】2016年10月26日
【申請(qǐng)日】2016年5月31日
【發(fā)明人】陳慶, 曾軍堂, 葉任海, 陳兵
【申請(qǐng)人】成都新柯力化工科技有限公司