一种自支撑三维石墨烯骨架、复合材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种自支撑三维石墨烯骨架、复合材料及其制备方法和应用，属于石墨烯复合材料技术领域，该自支撑三维石墨烯骨架的制备方法包括以下步骤：(1)将泡沫金属加入至氧化石墨烯溶液中静置，得到石墨烯骨架

【技术实现步骤摘要】
一种自支撑三维石墨烯骨架、复合材料及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于石墨烯复合材料
，具体涉及一种自支撑三维石墨烯骨架、复合材料及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]石墨烯是一种具有二维蜂窝状结构的单原子层材料；氧化石墨烯是将活性含氧基团引入石墨烯上，经过处理后得到经过修饰的石墨烯薄片，具有更多的活性反应位点。氧化石墨烯片结合得到的三维骨架是批量生产三维石墨烯结构的一种快速便捷的方法，三维石墨烯具有独特的三维孔洞结构且内部孔洞高度连通，孔隙率高，密度低，比表面积高，具有毛细吸附力以及良好的电/热导率等优异性能，在导热材料、吸附材料、锂离子电池等领域具有广泛的应用。将三维石墨烯用作树脂基复合材料的填充料，结合三维石墨烯骨架的高热导性能与树脂的结构优势，得到的复合材料在散热等领域有广泛的应用前景。
[0003]公开号为CN103553034A的中国专利文献公开了一种三维孔状石墨烯骨架的制备方法，包括以下步骤：将氧化石墨在真空或充入气体的条件下密封于石英管中，将石英管转移到马弗炉中，加热到并保温，然后取出石英管快速浸入冰水中，多次重复以上加热
‑
淬火过程，得到三维孔状石墨烯骨架；但该方法反应条件较为苛刻，需要500～1200℃的高温。
[0004]公开号CN103825000A的中国专利文献也公开了一种三维石墨烯自支撑材料的制备方法，包括：将泡沫金属在惰性或还原气氛中升温至700
‑
1000℃，通入氢气和乙醇气，在泡沫金属自身催化作用下，石墨烯层状结构在泡沫金属表面生长，获得的三维泡沫金属
‑
石墨烯放入10
‑
100ml浓硝酸中浸泡、洗涤除去金属，得到该三维石墨烯自支撑材料；公开号为CN104925790A的中国专利文献公开了一种三维石墨烯骨架的制备方法，包括：将超声清洗后的泡沫镍置于石英管式炉中，在氩气氛围保护下升温，使用甲烷作为碳源、H2作为催化剂，在850～1250℃下进行气相沉积，得到沉积有石墨烯骨架的泡沫镍，再利用FeCl3溶液除去泡沫镍，得到三维石墨烯骨架；上述两种方法都是利用牺牲模板法获得三维氧化石墨烯结构。
[0005]现有技术中，通常利用牺牲模板法获得三维氧化石墨烯结构后再对其进行还原处理，以消除石墨烯表面含氧基团，提高石墨烯片层还原程度以提高致密性，进而获得致密连接的石墨烯片，致密连接的石墨烯片是提高导热效果的关键成分；但是，完全还原后，石墨烯表面含氧官能团消除，会导致石墨烯表面与树脂材料的界面结合减弱，复合材料的结构稳定性大大降低，不利于材料的应用。

技术实现思路

[0006]为了解决上述现有技术中的问题，本专利技术提供了一种自支撑三维石墨烯骨架的制备方法，制备得到的自支撑三维石墨烯骨架具有独特的三维孔洞结构且内部孔洞高度连通，孔隙率高，骨架内壁和外壁的元素含量、性能不同，内壁还原程度高且致密，外壁氧化程度高且疏松，密度低，比表面积高，适于制备高性能复合材料。
[0007]具体采用的技术方案如下：
[0008]一种自支撑三维石墨烯骨架的制备方法，包括以下步骤：
[0009](1)将泡沫金属加入至氧化石墨烯溶液中静置，使氧化石墨烯片附着在泡沫金属表面成膜，得到石墨烯骨架
‑
泡沫金属；
[0010](2)将聚甲基丙烯酸甲酯涂覆至石墨烯骨架
‑
泡沫金属上，得到聚甲基丙烯酸甲酯
‑
石墨烯骨架
‑
泡沫金属；
[0011](3)先后除去聚甲基丙烯酸甲酯
‑
石墨烯骨架
‑
泡沫金属中的泡沫金属和聚甲基丙烯酸甲酯，清洗，冷冻干燥后得到所述的自支撑三维石墨烯骨架。
[0012]本专利技术以氧化石墨烯溶液为原料，在泡沫金属和聚甲基丙烯酸甲酯的作用下制备得到结构稳定的具有相互连通的网络结构的自支撑三维石墨烯骨架，且该自支撑三维石墨烯骨架内壁和外壁的元素含量、性能不同，内壁还原程度高且致密，外壁氧化程度高且疏松，孔隙率高，密度低，比表面积高，适于制备高性能复合材料。
[0013]所述的泡沫金属包括泡沫铜、泡沫铜镍合金、泡沫锌或泡沫铜锌合金。
[0014]优选的，氧化石墨烯溶液的浓度为0.5
‑
10mg/mL。
[0015]进一步优选的，将氧化石墨烯加入至水中，超声分散后制备得到所述的氧化石墨烯溶液，超声分散时间为1～3小时。
[0016]优选的，所述的静置时间为1～60小时。上述静置时间能够保证氧化石墨烯片附着在泡沫金属表面形成致密无缺陷的膜，靠近泡沫金属表面的石墨烯薄膜还原程度较高且致密。
[0017]进一步优选的，所述的静置时间为2～24小时。
[0018]优选的，步骤(2)中，将聚甲基丙烯酸甲酯溶液涂覆到石墨烯骨架
‑
泡沫金属上，固化后得到聚甲基丙烯酸甲酯
‑
石墨烯骨架
‑
泡沫金属。
[0019]进一步优选的，所述的聚甲基丙烯酸甲酯溶液的溶剂为乳酸乙酯，质量分数为2％
‑
8％，固化温度为40
‑
60℃，固化时间为12
‑
48小时。
[0020]优选的，步骤(3)中，除去泡沫金属的方法为：除去泡沫金属的方法为：将聚甲基丙烯酸甲酯
‑
石墨烯骨架
‑
泡沫金属浸入氯化铁和稀盐酸的混合溶液中或稀盐酸溶液中去除泡沫金属。
[0021]进一步优选的，混合溶液中氯化铁的摩尔分数为1
‑
5mol/L，稀盐酸的摩尔分数为0.1
‑
1mol/L；稀盐酸溶液中盐酸的摩尔分数为0.1
‑
1mol/L；浸泡时间为24
‑
60小时。
[0022]在清除金属骨架的过程中，涂覆在石墨烯骨架表面的聚甲基丙烯酸甲酯起到支撑作用，防止较为剧烈的反应过程或者自身的缺陷造成骨架塌陷，并且聚甲基丙烯酸甲酯易于溶解在丙酮溶剂中，方便去除。
[0023]优选的，除去聚甲基丙烯酸甲酯的方法为：将去除了泡沫金属的聚甲基丙烯酸甲酯
‑
石墨烯骨架浸入丙酮溶液，去除聚甲基丙烯酸甲酯；浸泡时间进一步优选为40
‑
50小时。
[0024]优选的，步骤(3)中，冷冻干燥温度为
‑
20～
‑
40℃，时间为12
‑
48小时。
[0025]本专利技术还提供了一种由所述的自支撑三维石墨烯骨架的制备方法制得的自支撑三维石墨烯骨架。
[0026]本专利技术还提供了一种三维石墨烯填充复合材料，该三维石墨烯填充复合材料中包括所述的自支撑三维石墨烯骨架。
[0027]具体的，所述的三维石墨烯填充复合材料由树脂材料灌入到所述的自支撑三维石墨烯骨架中固化得到；优选的，树脂材料为聚二甲基硅氧烷。
[0028]本专利技术中提供的三维石墨本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种自支撑三维石墨烯骨架的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将泡沫金属加入至氧化石墨烯溶液中静置，使氧化石墨烯片附着在泡沫金属表面成膜，得到石墨烯骨架
‑
泡沫金属；(2)将聚甲基丙烯酸甲酯涂覆至石墨烯骨架
‑
泡沫金属上，得到聚甲基丙烯酸甲酯
‑
石墨烯骨架
‑
泡沫金属；(3)先后除去聚甲基丙烯酸甲酯
‑
石墨烯骨架
‑
泡沫金属中的泡沫金属和聚甲基丙烯酸甲酯，清洗，冷冻干燥后得到所述的自支撑三维石墨烯骨架。2.根据权利要求1所述的自支撑三维石墨烯骨架的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，氧化石墨烯溶液的浓度为0.5
‑
10mg/mL；静置时间为1～60小时。3.根据权利要求1所述的自支撑三维石墨烯骨架的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，将聚甲基丙烯酸甲酯溶液涂覆到石墨烯骨架
‑
泡沫金属上，固化后得到聚甲基丙烯酸甲酯
‑
石墨烯骨架
‑
泡沫金属。4.根据权利要求3所述的自支撑三维石墨烯骨架的制备方法，其特征在于，所述的聚甲基丙烯酸甲酯溶液的溶剂为乳酸乙酯，质量分数为2％<...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵云红，王杰，孙升，张金仓，
申请(专利权)人：之江实验室，
类型：发明
国别省市：