[发明专利]一种具有夹筋结构的石墨烯碳纳米管复合气凝胶制备方法

说明书

一种具有夹筋结构的石墨烯碳纳米管复合气凝胶制备方法,涉及一种具有夹筋结构的气凝胶的制备方法。目的是解决现有石墨烯碳纳米管复合气凝胶中碳纳米管的增强效果较差的问题。方法：将碳纳米管加入到氧化石墨烯分散液中，超声分散，得到石墨烯碳纳米管复合水凝胶；将石墨烯碳纳米管复合水凝胶转移模具中将模具固定在速冻平台上进行冷冻，将速冻平台转移至冰箱中继续冷冻后脱模，用水合肼对气凝胶进行还原。本发明碳纳米管对石墨烯片层起到良好的增强效果，夹筋结构在石墨烯片层与碳纳米管之间起到剪切增强作用与桥联增强作用，使复合气凝胶具备单一材料不具备的优异力学性能。本发明适用于制备气凝胶。

技术领域

本发明涉及一种具有夹筋结构的气凝胶的制备方法。

背景技术

石墨烯气凝胶是一种由石墨烯连接而成的具有三维网状结构的固体材料，具有良好的机械强度和结构稳定性，易与增强材料复合，被广泛应用于吸附材料、相变储能材料以及能源材料等。尽管其本身有许多优异性能，但目前制备得到的宏观材料大多具有硬度低、抗压回弹率低等缺陷，相较于其他材料具有较低的刚度和较差的力学性能。因此，将石墨烯气凝胶材料作为基体，引入其他增强材料，就能在保留石墨烯气凝胶优异性能的同时，改善材料力学性能，使其应用更加广泛，使用寿命更加长久。

碳纳米管作为另一种性能优异的碳材料，具有和石墨烯类似的良好导电性以及机械强度、稳定性。它作为一维材料，有着极高的纵横比和较高的比表面积，与其他材料复合时，能保持其形貌、形状不被破坏。因此将CNT加入石墨烯气凝胶中，形成由一维碳材料和二维碳材料共同构建的三维结构，使得这种结构具有极高的力学性质。

传统方法采用两相固体粉末或两相分散液做原材料，通过物理和化学处理制备得到石墨烯碳纳米管复合气凝胶，具体为将氧化石墨烯分散液与碳纳米管分散液混合均匀，或将二者混合后的粉末加入至溶剂中分散均匀，制备得到复合气凝胶，氧化石墨烯、碳纳米管两相的分散液混合时，尽管溶液整体均一性较高，但氧化石墨烯分散液、碳纳米管分散液中的溶质相已经与各自对应的溶剂分子结合，该结合力阻碍了混合液中两相溶质之间的相互作用，使得两相在混合溶液中随机分布，使碳纳米管在微观层面上对石墨烯片层的增强不够明显，从而影响体系的增强效果。而两相粉末加入至溶剂中分散时，由于二者均为具有较强范德华力的碳材料，极易产生相互作用力，导致溶质大量团聚，影响溶液整体的均一性与材料的力学性能、导电性能等。综上所述，现有制备方法得到的石墨烯碳纳米管复合气凝胶中碳纳米管的增强效果较差。

发明内容

本发明为了解决现有制备方法得到的石墨烯碳纳米管复合气凝胶中碳纳米管的增强效果较差的问题，提出一种具有夹筋结构的石墨烯碳纳米管复合气凝胶制备方法。

本发明具有夹筋结构的石墨烯碳纳米管复合气凝胶制备方法按照以下步骤进行：

步骤一：将碳纳米管加入到氧化石墨烯分散液中，超声分散，得到石墨烯碳纳米管复合水凝胶；

步骤二：将石墨烯碳纳米管复合水凝胶转移模具中，将模具固定在速冻平台上，将液氮以恒定速率加入到液氮槽中对石墨烯碳纳米管复合水凝胶进行冷冻，液氮加入时并保持液氮的液面低于速冻平台，防止液氮与水凝胶直接接触，冷冻结束后水凝胶全部凝固，得到具有夹筋结构的氧化石墨烯碳纳米管复合水凝胶块体，将速冻平台转移至冰箱中继续冷冻，然后将速冻平台转移至冷冻干燥机中进行真空干燥，最后脱模，获得具有夹筋结构的氧化石墨烯碳纳米管复合气凝胶；将速冻平台转移至冰箱中继续冷冻后再进行真空干燥能够便于脱模，得到表面完整的样品；

步骤三：利用水合肼对具有夹筋结构的氧化石墨烯碳纳米管复合气凝胶进行还原处理，得到具有夹筋结构的石墨烯碳纳米管复合气凝胶。

本发明原理及有益效果为：

本发明利用碳纳米管和氧化石墨烯分散液两种原材料，通过超声分散、冷冻铸造以及化学还原的方法，能够得到微观上具有夹筋结构，宏观上具有各向异性结构的复合气凝胶，从而使复合气凝胶的性能有所提升。