[发明专利]一种含有石墨烯涂层的碳泡沫及其制备方法

说明书

本发明为一种含有石墨烯涂层的碳泡沫，其特征在于涂层的厚度为0.5‑5μm，涂层中石墨烯体积占比为20‑30％，碳泡沫基体的热膨胀系数与含有石墨烯涂层的热膨胀系数之差小于15％，碳泡沫泡孔直径为50‑200μm，热导率为0.036‑0.685W/(m/K)，密度为4.57‑9.62kg/m³，压缩强度为5‑15MP，孔隙率大于96％，BET比表面积大于250‑600m²/g。含有石墨烯涂层能够有效的提高碳泡沫的力学性能、隔热性能、增加比表面积、提供丰富的官能团，使其在催化剂载体、隔热材料等的方面具有广泛的应用前景。

技术领域

本发明涉及一种泡沫的制备方法，尤其是涉及一种带石墨烯碳涂层的碳泡沫的制备方法，属于碳材料领域。

背景技术

碳泡沫是一种由孔泡和相互连接的孔泡壁组成的具有三维网状结构，呈类海绵状的新型炭质材料，具有低密度、高孔隙率、较大的比表面积、良好的吸附性能、较低的热膨胀系数和低热导系数等特点，可作为隔热材料，优质夹层材料，能力存储电极，能量吸收材料，催化剂载体和除臭除味剂等，在化工，航空航天和电子等领域均有着广泛的应用价值。

石墨烯是一种单原子厚的二维材料，自发现以来，因独特优良的电学、光学和力学性质而具有广泛应用前景，氧化石墨烯是在制备石墨烯的过程中产生的一种重要的石墨烯衍生物，经过化学功能化修饰的氧化石墨烯能够稳定分散在多种的常用有机溶剂中，形成稳定的氧化石墨烯悬浮液，氧化石墨烯表面含有大量氧活性基团，这些基团赋予氧化石墨烯一些新的特性，如分散性、亲水性、与聚合物的兼容性，提高聚合物的耐热性。

申请号为CN 200680051980.1的专利提供了一种含有玻璃碳涂层的碳泡沫的制备的方法，是通过给碳泡沫体涂布一个玻璃碳涂层形成的，先使一种苯酚类或聚氨酯类泡沫体在惰性气氛中在高温下碳化制得碳泡沫，然后将泡沫加工成所需形状，用一种细碳粉或石墨粉处理其表面，随后将一种树脂施用到该碳泡沫体表面上，将有涂层的碳泡沫体块烧成使得该树脂碳化成一种玻璃态涂层。

申请号为CN 200710173126.9的专利提供了一种高强度煤焦油沥青碳泡沫材料的制备方法，将煤焦油沥青经过热解制备出中间相沥青，粉碎后加入甲苯溶液中萃取，干燥，再加入高压反应釜，抽真空升温到沥青软化点以上并充入惰性气体，在350-500℃的温度和6-80kg/cm2的压力下保持120-240分钟，释放压力，冷却到室温，得到沥青泡沫材料，将沥青碳泡沫材料在1300-1600℃氮气保护下，制得碳泡沫材料，碳泡沫压缩强度大于20MPa。

申请号为CN 200910093957.4的专利提供了添加空心陶瓷球的碳泡沫隔热材料的制备方法：按原料配方在酚醛树脂中顺次加入表面活性剂、发泡剂和空心陶瓷微球，用机械搅拌和超声波振荡相结合的方式对混合物进行均匀分散；向分散均匀后的混合物中加入固化剂，搅拌后浇注到模具中发泡并且固化，得到酚醛泡沫；将酚醛泡沫去壳处理后，放入真空碳化炉中，在真空条件下以平均0.5℃/min的速率加热到800℃，得到碳泡沫隔热材料。该高温隔热材料具有质量轻，强度高，热导率低，热膨胀系数低，成本低和可设计性等优点

目前碳泡沫由于其强度较低、易碎、韧性不足缺点，使其应用受到限制，上述发明给出了一些用于提高碳泡沫力学性能的思路，通过添加增强相或涂层来提高碳泡沫的力学性能取得了一定的增强效果，而在碳泡沫表面制备含有石墨烯涂层能够有效的提高碳泡沫的力学性能、隔热性能、增加比表面积、提供丰富的官能团，使其在催化剂载体、隔热材料等的方面具有广泛的应用前景。

发明内容

本发明的目的旨在克服现有技术的不足，提供一种含石墨烯涂层的碳泡沫及其制备方法，其特征在于涂层的厚度为0.5-5μm，涂层中石墨烯体积占比为10-30％，碳泡沫基体的热膨胀系数与含有石墨烯涂层的热膨胀系数之差小于15％，碳泡沫泡孔直径为50-200μm，热导率为0.036-0.685W/(m/K)，密度为4.57-9.62kg/m³，压缩强度为5-15MP，孔隙率大于96％，BET比表面积大于250-600m²/g。