[发明专利]一种可调控多孔结构石墨烯纸

说明书

本发明公开一种可调控多孔结构石墨烯纸，该石墨烯纸由石墨烯凝胶前体制备得来。该石墨烯纸具有多孔结构，使得石墨烯纸本身具有极佳的柔性巨大的比表面积，在柔性电子器件领域具有巨大的潜力；同时由于其多孔结构使得其十分容易与一些功能材料复合，在环保、催化、半导体、柔性电子器件、生物医用材料等领域具有广泛的应用前景。该石墨烯纸的多孔结构可通过调整制备条件实现调控，能够适应不同的应用场合。

技术领域

本发明涉及新型石墨烯可控多孔结构膜材料及其制备方法，具体是一种可调控多孔结构石墨烯纸及其制备方法。

背景技术

石墨烯自问世以来，因其独特的二维材料结构带来的一系列优异的性能，引起广泛关注与研究热潮。一方面石墨烯本身具有许多优异的性能，可应用于半导体、储能器件、吸附材料、导热材料、导电材料等领域；另一方面石墨烯独特的性质使得它在复合材料中无论是作为功能性添加剂或材料基底都有巨大的潜力可挖掘。

石墨烯的宏观材料形式中，膜材料是极其重要的一种形式，常用的制备方法有刮膜法、旋涂法、喷涂法和浸涂法等。这些制备方法往往采用氧化石墨烯成膜-还原的步骤，而这一步骤在成膜过程中由于溶剂蒸发带来的表面张力往往对石墨烯材料特有的多孔结构造成破坏；用冻干法等干燥方式避开表面张力的影响，则又由于氧化石墨烯片层之间的斥力，难以成膜。

目前的研究主要集中在改进石墨烯膜材料的力学性能，如中国专利CN106241777A、CN106185904A。或在石墨烯膜材料的工艺方法上进行改进，如中国专利CN109455700A、CN108910866A。然而这些石墨烯膜或纸由于制备方法的原因并不具有丰富的多孔结构。

发明内容

针对以上技术问题，本发明的目的是提供一种具有可控多孔结构的石墨烯纸，以解决上述存在的问题。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种可调控多孔结构石墨烯纸，由石墨烯凝胶经一系列步骤制备得到。

一种可调控多孔结构石墨烯纸的制备方法包含如下步骤：

（1）通过改进的Hummers法将石墨粉末进行氧化制得氧化石墨烯；

（2）将氧化石墨烯加入特定溶剂中，超声分散，得到一定浓度的氧化石墨烯溶液；

（3）将氧化石墨烯溶液封入密闭反应釜，高温下保持一段时间，得到石墨烯水凝胶，将水凝胶浸泡在透析液中透析一段时间；

（4）将样品水凝胶在一定压力下压实后，一定温度下冷冻，随后解冻。进行五次冻融循环，随后通过一定干燥方法干燥，得到石墨烯纸。

进一步地，一种可调控多孔结构石墨烯纸的制备方法，步骤（2）中所述特定溶剂为浓度为0—100%的乙醇水溶液，一定浓度为0.5—20mg/mL。

进一步地，一种可调控多孔结构石墨烯纸的制备方法，步骤（3）中所述高温为60—200℃，保持一段时间为4—24h，透析液为为浓度为0—100%的乙醇水溶液，透析一段时间为4—48h。

进一步地，一种可调控多孔结构石墨烯纸的制备方法，步骤（4）中所述一定压力为0.1—50MPa，一定温度为-2—-20℃，干燥方法为超临界干燥、溶剂置换法干燥、晾干、冻干四种当中的一种。

进一步地，一种可调控多孔结构石墨烯纸的制备方法，有各种变形方式，变形方式（1）：把步骤（3）中的把氧化石墨烯封入密闭反应釜这一操作进行变形，变形为：把氧化石墨烯与一种或几种物质共混后封入密闭反应釜。

进一步地，一种可调控多孔结构石墨烯纸的制备方法，有各种变形方式，变形方式（2）：把步骤（4）中得到石墨烯纸后进行扩展变形：通过一定方法在石墨烯纸上负载一种或几种具备特殊性能的成分。

进一步地，变形方式（1），一种或几种物质包括：