[发明专利]一种多级结构弹性碳化硅纳米线气凝胶及其3D打印制备方法和应用

权利要求书

1.一种多级结构弹性碳化硅纳米线气凝胶的3D打印制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)制备碳纤维水基3D打印墨水；

2)利用碳纤维水基3D打印墨水打印碳纤维基结构；

3)将3D打印的碳纤维基结构经热处理、浸渍聚硅氧烷溶胶后，得到聚硅氧烷溶胶/3D打印碳纤维基结构；

4)在氩气气氛中，将聚硅氧烷溶胶/3D打印碳纤维基结构裂解处理，得到3D打印碳纤维/碳化硅纳米线杂化结构；

5)将3D打印碳纤维/碳化硅纳米线杂化结构热处理，得到多级结构弹性碳化硅纳米线气凝胶。

2.根据权利要求1所述的多级结构弹性碳化硅纳米线气凝胶的3D打印制备方法，其特征在于，步骤1)中，制备碳纤维水基3D打印墨水，以质量百分比计，准备原料，包括：3％～28％的短切碳纤维，4％～12％的气相纳米二氧化硅，2％～10％的造孔剂，1.5％～2.5％的增稠剂，47.5％～89.5％的溶剂。

3.根据权利要求2所述的多级结构弹性碳化硅纳米线气凝胶的3D打印制备方法，其特征在于，所述短切碳纤维的长度为100～250μm；气相纳米二氧化硅的尺寸为7～40nm，100m²/g比表面积400m²/g；造孔剂选择聚苯乙烯微球、聚甲基丙烯酸甲酯微球或木粉，尺寸为5～80μm；增稠剂选择羟丙基甲基纤维素、瓜尔胶或黄原胶；溶剂为水。

4.根据权利要求2所述的多级结构弹性碳化硅纳米线气凝胶的3D打印制备方法，其特征在于，制备碳纤维水基3D打印墨水时，将短切碳纤维和造孔剂加入溶剂中，在7000～18000转/分钟的转速下高速搅拌处理5～30分钟，最后加入增稠剂和气相纳米二氧化硅，继续在1000～3000转/分钟的转速下机械搅拌1～4小时。

5.根据权利要求1所述的多级结构弹性碳化硅纳米线气凝胶的3D打印制备方法，其特征在于，步骤2)中，采用直接墨水书写3D打印机打印碳纤维基结构：通过编写G代码实现对碳纤维基结构的形状、结构、尺寸、孔隙形状和孔隙大小的控制；3D打印的速度为5～25mm/s，打印尺寸10mm。

6.根据权利要求1所述的多级结构弹性碳化硅纳米线气凝胶的3D打印制备方法，其特征在于，步骤3)中，热处理温度为400～600℃，热处理时间为0.5～3.5h，热处理气氛为空气；热处理后的碳纤维基结构浸渍于聚硅氧烷溶胶的量占碳纤维基结构质量的1％～15％，浸渍处理时间为0.5～2h；所述聚硅氧烷溶胶以质量百分比计，由6.1％～23.8％的硅氧烷、7.4％～28.5％的水和47.7％～86.5％的无水乙醇组成。

7.根据权利要求1所述的多级结构弹性碳化硅纳米线气凝胶的3D打印制备方法，其特征在于，步骤4)中，裂解温度为1300～1600℃，处理时间为1～3h。

8.根据权利要求1所述的多级结构弹性碳化硅纳米线气凝胶的3D打印制备方法，其特征在于，步骤5)中，热处理是在空气气氛下，在700～800℃，处理1～4h。

9.采用权利要求1～8中任意一项所述的3D打印制备方法制得的多级结构弹性碳化硅纳米线气凝胶，其特征在于，该多级结构弹性碳化硅纳米线气凝胶具有跨宏观和微观尺度的多级结构，其中：

在微观上，由直径为20～700nm的碳化硅纳米线组成直径为400～600μm的纳米线柱子，纳米线柱子的水平排列和垂直叠层组成宏观尺寸10mm且具有复杂形状的弹性碳化硅纳米线气凝胶。

10.权利要求9所述的多级结构弹性碳化硅纳米线气凝胶在制备热管理器件、轻量化结构件、高温过滤器、催化剂载体或电极隔膜中的应用。