[发明专利]一种石墨烯-二氧化硅气凝胶的制备方法

说明书

本发明提出了一种石墨烯‑二氧化硅气凝胶的制备方法，复合气凝胶主要由二氧化硅气凝胶、石墨烯气凝胶和壳聚糖构成。本发明中涉及的方法，利用了二氧化硅气凝胶的低导热系数的特点，石墨烯气凝胶的低密度和高强度以及壳聚糖的粘结作用特性，采用了冷冻干燥的方式制备得到石墨烯─增强二氧化硅气凝胶材料。本方法制备出的复合材料在中低温条件下都保持良好的保温隔热性能和力学性能，极大地改善了单一SiO₂气凝胶的脆性大力学性能差的问题；密度较低，可达96mg/cm³；工艺简单、可操作性强、成本较低，且具有SiO₂气凝胶和石墨烯气凝胶两种材料的特性。

技术领域

本发明涉及一种新型复合气凝胶隔热材料及其制备方法，具体涉及一种石墨烯-二氧化硅气凝胶的制备方法。

背景技术

二氧化硅气凝胶是一种超轻的以气体为分散介质的具有三维网络结构的多孔性凝聚态物质。二氧化硅气凝胶具有化学性质稳定、比表面积大、低密度和高孔隙率等优点，因此气凝胶一直活跃在隔热隔音、吸附催化等领域。在隔热保温领域中，目前研究最多的是二氧化硅气凝胶。但是二氧化硅气凝胶力学性能差、脆性大，是气凝胶难以展开应用的关键问题。人们主要通过两种方式来解决这个问题：(1)通过原位反应或者浸泡后将聚合物添加至SiO2气凝胶的骨架中；(2)通过将硅溶胶和纤维复合进行增强或者纳米填料添加到气凝胶的纳米结构中进行增强。

石墨烯气凝胶具有气凝胶的微观结构，同时有更低的密度、更高的力学强度以及不透明度，而且石墨烯的不透明度可以降低辐射传导，因此石墨烯气凝胶有望成为一种新型的隔热保温材料。为了得到石墨烯气凝胶，一般是以氧化石墨烯溶液为原料，以化学还原的方法是最为简便和高效的方式。

专利CN104826582A利用石墨烯和二氧化硅的复合得到具有吸附能力的复合材料。其制备方法为在氧化石墨烯溶液、NaOH水溶液和硅源混合，之后依次滴加到十六烷基三甲基溴化铵水溶液中，室温陈化，加入还原剂之后，置于70-100℃烘箱汇总1-10h，得到水凝胶，将所得到的反应产物进行洗涤，在真空干燥机-70～-90℃干燥12-24h，即可得到未去除模板剂的石墨烯─二氧化硅气凝胶，将模板剂去除，得到石墨烯-介孔二氧化硅气凝胶。

专利CN105217640A提出了一种氧化石墨烯/二氧化硅杂化气凝胶的制备方法，其制备方法为：先分别制备二氧化硅溶胶和氧化石墨烯分散液，将其混合得到杂化水凝胶，随后通过液氮的冷冻和冷冻干燥机的冷冻处理，得到氧化石墨烯/二氧化硅杂化气凝胶。该方法巧妙的控制了冷冻过程，先通过在液氮环境下将液/气界面转化为气/固界面，从而可以避免孔内的弯曲液面，尽可能的消除了毛细管力的影响。

专利CN104860304A公布了一种高比表面积氧化硅杂化石墨烯气凝胶及其制备方法。通过硅溶胶和氧化石墨烯分散液的混合，经反应生成粒径极小的氧化硅纳米颗粒，干燥后从而得到高比表面积氧化硅杂化石墨烯气凝胶。

发明内容

技术问题：本发明解决二氧化硅气凝胶脆性大力学性能差的问题，并且利用石墨烯气凝胶的低密度和成块性能好，制备复合气凝胶隔热材料。

技术方案：本发明一种石墨烯-二氧化硅气凝胶的制备方法包括以下步骤：

步骤1.氧化石墨的制备：在冰水浴中，将浓硫酸倒入到反应容器中，随后将天然石墨的硝酸钠倒入超声搅拌；再将高锰酸钾缓慢加入到反应容器中，继续搅拌；将反应容器转移到另一水浴中，升温至25-45℃，将蒸馏水缓慢加入到反应容器中，后转入到高温油浴中继续搅拌，最后加入蒸馏水和10％-40％的双氧水H₂O₂，最终混合物呈亮黄色，产物用1％～10％的盐酸和蒸馏水离心洗涤至接近中性，将最终的产物置于50-100℃真空干燥箱中干燥12-24h，所得的棕褐色片状产物就是氧化石墨GO；