CN105540568B - 一种混杂三维网状石墨烯材料及其制造方法 - Google Patents

一种混杂三维网状石墨烯材料及其制造方法 Download PDF

Info

Publication number
CN105540568B
CN105540568B CN201510909775.5A CN201510909775A CN105540568B CN 105540568 B CN105540568 B CN 105540568B CN 201510909775 A CN201510909775 A CN 201510909775A CN 105540568 B CN105540568 B CN 105540568B
Authority
CN
China
Prior art keywords
graphene
dimensional
hybrid
nanometer sheet
net
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
CN201510909775.5A
Other languages
English (en)
Other versions
CN105540568A (zh
Inventor
张东
臧文婷
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Tongji University
Original Assignee
Tongji University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Tongji University filed Critical Tongji University
Priority to CN201510909775.5A priority Critical patent/CN105540568B/zh
Publication of CN105540568A publication Critical patent/CN105540568A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN105540568B publication Critical patent/CN105540568B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2204/00—Structure or properties of graphene
    • C01B2204/20—Graphene characterized by its properties
    • C01B2204/24—Thermal properties
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2002/00—Crystal-structural characteristics
    • C01P2002/70—Crystal-structural characteristics defined by measured X-ray, neutron or electron diffraction data
    • C01P2002/72—Crystal-structural characteristics defined by measured X-ray, neutron or electron diffraction data by d-values or two theta-values, e.g. as X-ray diagram
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2002/00—Crystal-structural characteristics
    • C01P2002/80—Crystal-structural characteristics defined by measured data other than those specified in group C01P2002/70
    • C01P2002/82—Crystal-structural characteristics defined by measured data other than those specified in group C01P2002/70 by IR- or Raman-data
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2004/00—Particle morphology
    • C01P2004/01—Particle morphology depicted by an image
    • C01P2004/03—Particle morphology depicted by an image obtained by SEM

Landscapes

  • Carbon And Carbon Compounds (AREA)

Abstract

本发明涉及一种混杂三维网状石墨烯材料及其制备方法，属于石墨烯纳米材料技术领域。本发明制备方法包括以下步骤：制备氧化石墨烯分散液和石墨烯纳米片分散液；使用溶液混合法，配制氧化石墨烯‑石墨烯纳米片混合溶液，并超声处理，促进分散混合；取混合溶液，进行水热反应，得到混杂的三维网状石墨烯；对得到的三维网状石墨烯进行冲洗，并真空冻干处理。与现有技术相比，本发明得到的混杂三维网状石墨烯材料集高热导率、稳定性和易加工性等功能于一体。相比于其他石墨烯材料，混杂三维网状石墨烯制备工艺过程简单，成本低廉，绿色安全。

Description

一种混杂三维网状石墨烯材料及其制造方法
技术领域
本发明属于石墨烯纳米材料技术领域，尤其是涉及一种混杂三维网状石墨烯材料及其制造方法。
背景技术
石墨烯因具有独特的物理和化学性质而引起世界上科学家的广泛研究热情。石墨烯具有特异的光学特性、超高的电子迁移率、极高的热传导性能和良好的化学稳定性等等。目前，有关石墨烯性能和应用的报导铺天盖地，这为石墨烯在各种电子设备和诸如热管理，太阳能电池等系统中的应用展现出了全新的前景。
哥伦比亚大学的Lee等人实测石墨烯抗拉强度和弹性模量分别为125GPa和1.1TPa。其强度可以与金刚石的强度媲美。石墨烯的热导率是室温下铜的热导率的10倍多，并且与单壁碳纳米管，多壁碳纳米管相比有明显提高，表明石墨烯作为良好导热材料具有巨大潜力。因为石墨烯拥有这么多的优异性能，将其与其他物质复合可能得到性能优异的复合物。尽管石墨烯具有如此优异的性能，但是其易团聚不易分散的性质仍是限制其应用的重要因素。
纳米石墨烯片层是由单层碳原子平面结构石墨烯堆垛而成，厚度为纳米尺度的重要的两维石墨纳米材料。纳米石墨烯片相对于石墨烯而言，其易加工性及可控性使得其在材料制备领域受到广泛关注。在三维材料中，研究人员已经制备出石墨烯的三维结构。但是这种三维石墨烯只是由氧化石墨烯还原得到，性能比较单一，加之三维的石墨烯材料由于内部孔隙多，限制其应用。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种集高热导率、稳定性和易加工性等功能于一体的多功能混杂三维网状石墨烯材料及其制造方法。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种混杂三维网状石墨烯材料，由作为骨架的三维网状石墨烯及存在于三维网状石墨烯网格中的石墨烯纳米片组成。是一种混杂的而非单一的三维网状石墨烯结构，其中石墨烯纳米片的产量优选为1～10％之间，更优选为2～8％之间。
一种混杂三维网状石墨烯材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)制备氧化石墨烯分散液和石墨烯纳米片分散液；
(2)使用溶液混合法，配制氧化石墨烯-石墨烯纳米片混合溶液，并超声处理，促进分散混合；
(3)取步骤(2)中的混合溶液，进行水热反应，得到混杂的三维网状石墨烯；
(4)对步骤(3)得到的三维网状石墨烯进行冲洗，并真空冻干处理。
本发明中，步骤(1)中氧化石墨烯的横向尺寸在50nm～5μm，层数1～10层。
本发明中，步骤(1)中氧化石墨烯分散液的浓度为0.001～4mg/ml。
本发明中，步骤(1)中石墨烯纳米片的平均粒径为1～25μm，层数1～10层。
本发明中，步骤(2)中氧化石墨烯所占混合液的质量比为5～95％。
本发明中，步骤(3)中水热反应的时间为1～48小时，水热反应的温度为80℃～240℃。在水热反应中氧化石墨烯被还原为石墨烯，其还原程度与反应时间有关。
本发明中，步骤(4)中，对三维网状石墨烯进行冲洗的材料为去离子水。
本发明中，步骤(4)中，真空冻干处理时间为8～48小时，冻干处理的效果对于三维网状石墨烯的多孔结构产生影响。
与现有技术相比，本发明具有以下优点及有益效果：
1、相比于单一的石墨烯材料，本发明混杂三维网状石墨烯材料是由作为骨架的三维网状石墨烯及存在于三维网状石墨烯网格中的石墨烯纳米片组成，是一种混杂的而非单一的三维网状石墨烯结构，能将三维石墨烯材料与片状石墨烯材料的优势结合起来。
2、三维网状石墨烯具有独特的网状结构，网壁是由多层还原氧化石墨烯组成，整体疏松多孔，呈三维的网状结构，能够提供与其他材料进行复合的基础基体，在导热材料、电子器件等领域具有重大的应用价值。
3、混杂三维网状石墨烯材料中的石墨烯纳米片，能够对其结构产生加固的作用，在一定程度上加强了其热性能。因为石墨烯纳米片本身具有很好的导热性能，镶嵌在骨架上的石墨烯纳米片相当于被很好的分散在相变材料中。实验证明，掺加2％石墨烯纳米片后，棕榈酸的导热系数增加了148％。
4、混杂三维网状石墨烯既保存了石墨烯纳米片的优良性能，又借助还原氧化石墨烯骨架对其进行有效的分散(石墨烯纳米片镶嵌于骨架上)。本发明将石墨烯与纳米石墨烯片进行混杂，将会发生它们的协同作用，有效提高材料的加工性与可控性。本发明的混杂三维网状石墨烯材料集高热导率、稳定性和易加工性等功能于一体。
5、相比于其他石墨烯材料，混杂三维网状石墨烯制备工艺过程简单，成本低廉，绿色安全。
附图说明
图1为实施例1中混杂三维网状石墨烯的扫描电子显微镜图片；
图2为实施例1中混杂三维网状石墨烯的X射线衍射图片；
图3为实施例2中混杂三维网状石墨烯的扫描电子显微镜图片；
图4为实施例3中混杂三维网状石墨烯的红外分析图片。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
实施例1
配置2mg/ml的氧化石墨烯溶液和1mg/ml的纳米石墨烯片溶液。取10ml的氧化石墨烯溶液和5mg的纳米石墨烯片溶液混合搅拌后超声处理30分钟。转移至水热斧内胆中，在温度为180℃时进行水热反应10h。水热反应结束后，取出三维网状石墨烯，用去离子水冲洗。使用真空冻干机对三维网状石墨烯进行冻干20h。还原性用红外分析、X射线衍射分析进行表征，微观形貌用环境扫描电镜进行表征，导热性能用热分析手段进行表征。
得到的三维网状石墨烯的环境扫描图片如图1。得到的混杂三维网状石墨烯中的氧化石墨烯已被基本还原如图2(3D-rGO是混杂网状石墨烯，graphene oxide是氧化石墨烯)。实验结果表明，成功制备出具有混杂结构的三维网状石墨烯材料。在混杂的三维网状石墨烯结构中：被还原的氧化石墨烯组成了混杂三维网状石墨烯的骨架结构，该骨架整体多孔疏松，孔壁由几层还原后的石墨烯组成，尺寸在几个微米之间；石墨烯纳米片镶嵌于骨架中，相当于被分散开来。具有该混杂石墨烯结构的相变材料具有优异的导热性能：在掺量为2％时，棕榈酸的导热系数提高了148％。
实施例2
配置2mg/ml的氧化石墨烯溶液和2mg/ml的纳米石墨烯片溶液。取10ml的氧化石墨烯溶液和5mg的纳米石墨烯片溶液混合搅拌后超声处理30分钟。转移至水热斧内胆中，在温度为200℃时进行水热反应12h。水热反应结束后，取出三维网状石墨烯，用去离子水冲洗。使用真空冻干机对三维网状石墨烯进行冻干20h。实验结果表明，成功制备出具有混杂结构的三维网状石墨烯材料(图3)。在混杂的三维网状石墨烯结构中：被还原的氧化石墨烯组成了混杂三维网状石墨烯的骨架结构，该骨架整体多孔疏松，孔壁由几层还原后的石墨烯组成，尺寸在几个微米之间；石墨烯纳米片镶嵌于骨架中，相当于被分散开来。具有该混杂石墨烯结构的相变材料具有优异的导热性能：在掺量为5％时，棕榈酸的导热系数提高了174％。
实施例3
配置2mg/ml的氧化石墨烯溶液和2mg/ml的纳米石墨烯片溶液。取10ml的氧化石墨烯溶液和10mg的纳米石墨烯片溶液混合搅拌后超声处理30分钟。转移至水热斧内胆中，在温度为180℃时进行水热反应20h。水热反应结束后，取出三维网状石墨烯，用去离子水冲洗。使用真空冻干机对三维网状石墨烯进行冻干20h。得到的混杂三维网状石墨烯中的氧化石墨烯已被基本还原如图4(3D-rGO是混杂网状石墨烯，graphene oxide是氧化石墨烯)。实验结果表面，成功制备出具有混杂结构的三维网状石墨烯材料。在混杂的三维网状石墨烯结构中：被还原的氧化石墨烯组成了混杂三维网状石墨烯的骨架结构，该骨架整体多孔疏松，孔壁由几层还原后的石墨烯组成，尺寸在几个微米之间；石墨烯纳米片镶嵌于骨架中，相当于被分散开来。具有该混杂石墨烯结构的相变材料具有优异的导热性能：在掺量为8％时，棕榈酸的导热系数提高了328％。
上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种混杂三维网状石墨烯材料的制备方法，其特征在于，混杂三维网状石墨烯材料由作为骨架的三维网状石墨烯及存在于三维网状石墨烯网格中的石墨烯纳米片组成，制备方法包括以下步骤：
（1）配置2mg/ml的氧化石墨烯溶液和2mg/ml的纳米石墨烯片溶液；
（2）使用溶液混合法，配制氧化石墨烯-石墨烯纳米片混合溶液，并超声处理，促进分散混合；
（3）取步骤（2）中的混合溶液，在温度为200℃时进行水热反应12h，得到混杂的三维网状石墨烯；
（4）对步骤（3）得到的三维网状石墨烯用去离子水冲洗，并真空冻干处理；
步骤（1）中氧化石墨烯的横向尺寸在50nm~5 μm，层数1~10层；
步骤（1）中石墨烯纳米片的平均粒径为1~25 μm，层数1~10层；
被还原的氧化石墨烯组成了混杂三维网状石墨烯的骨架结构，该骨架整体多孔疏松，孔壁由几层还原后的石墨烯组成，尺寸在几个微米之间；石墨烯纳米片镶嵌于骨架中，被分散开来。
2.根据权利要求1所述的混杂三维网状石墨烯材料的制备方法，其特征在于，步骤（4）中，真空冻干处理时间为8~48小时。
CN201510909775.5A 2015-12-10 2015-12-10 一种混杂三维网状石墨烯材料及其制造方法 Expired - Fee Related CN105540568B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201510909775.5A CN105540568B (zh) 2015-12-10 2015-12-10 一种混杂三维网状石墨烯材料及其制造方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201510909775.5A CN105540568B (zh) 2015-12-10 2015-12-10 一种混杂三维网状石墨烯材料及其制造方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN105540568A CN105540568A (zh) 2016-05-04
CN105540568B true CN105540568B (zh) 2019-01-25

Family

ID=55820205

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201510909775.5A Expired - Fee Related CN105540568B (zh) 2015-12-10 2015-12-10 一种混杂三维网状石墨烯材料及其制造方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN105540568B (zh)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106634855A (zh) * 2016-10-28 2017-05-10 同济大学 一种混杂石墨烯凝胶/相变导热复合材料的制备方法
CN106928487B (zh) * 2017-03-29 2018-07-24 同济大学 一种石墨烯聚合物压敏复合材料及其制备方法
CN108624293A (zh) * 2018-05-21 2018-10-09 苏州乔纳森新材料科技有限公司 一种相变材料用微胶囊的制备方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102826543A (zh) * 2012-09-19 2012-12-19 北京理工大学 一种泡沫状三维石墨烯的制备方法
CN103253655A (zh) * 2013-04-15 2013-08-21 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 一种具有分散尺度的复合石墨烯及其制备方法
CN103723718B (zh) * 2014-01-23 2015-04-29 哈尔滨工业大学 一种具有超低密度、超高弹性和超低热导率性能的隔热材料的制备方法
CN104661959A (zh) * 2012-08-23 2015-05-27 莫纳什大学 石墨烯基材料

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104661959A (zh) * 2012-08-23 2015-05-27 莫纳什大学 石墨烯基材料
CN102826543A (zh) * 2012-09-19 2012-12-19 北京理工大学 一种泡沫状三维石墨烯的制备方法
CN103253655A (zh) * 2013-04-15 2013-08-21 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 一种具有分散尺度的复合石墨烯及其制备方法
CN103723718B (zh) * 2014-01-23 2015-04-29 哈尔滨工业大学 一种具有超低密度、超高弹性和超低热导率性能的隔热材料的制备方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN105540568A (zh) 2016-05-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Kumar et al. Nitrogen–sulfur co-doped reduced graphene oxide-nickel oxide nanoparticle composites for electromagnetic interference shielding
Yan et al. In situ growth of core–sheath heterostructural SiC nanowire arrays on carbon fibers and enhanced electromagnetic wave absorption performance
Raagulan et al. An effective utilization of MXene and its effect on electromagnetic interference shielding: flexible, free-standing and thermally conductive composite from MXene–PAT–poly (p-aminophenol)–polyaniline co-polymer
Xu et al. High-performance electromagnetic wave absorbing CNT/SiCf composites: synthesis, tuning, and mechanism
Hou et al. SiC nanofiber mat: a broad-band microwave absorber, and the alignment effect
Wang et al. Activating microwave absorption performance by reduced graphene oxide-borophene heterostructure
Liang et al. Promising Ti3C2T x MXene/Ni chain hybrid with excellent electromagnetic wave absorption and shielding capacity
Song et al. Alignment of graphene sheets in wax composites for electromagnetic interference shielding improvement
CN104148663B (zh) 高效制备银纳米粒子-石墨烯三维复合结构的方法
Li et al. Electromagnetic interference (EMI) shielding of single-walled carbon nanotube epoxy composites
CN105368045B (zh) 石墨烯‑聚吡咯复合气凝胶及其制备方法与应用
Wang et al. SiC/rGO core–shell nanowire as a lightweight, highly efficient gigahertz electromagnetic wave absorber
Meng et al. Graphene oxide-assisted Co-sintering synthesis of carbon nanotubes with enhanced electromagnetic wave absorption performance
Xu et al. Superflexible interconnected graphene network nanocomposites for high-performance electromagnetic interference shielding
CN104627977B (zh) 一种氧化石墨烯增强的复合纳米碳纸及其制备方法
Chen et al. Anchoring of SiC whiskers on the hollow carbon microspheres inducing interfacial polarization to promote electromagnetic wave attenuation capability
Li et al. Construction of hollow carbon nanofibers with graphene nanorods as nano-antennas for lower-frequency microwave absorption
CN105540568B (zh) 一种混杂三维网状石墨烯材料及其制造方法
Song et al. Carbon fibers embedded with aligned magnetic particles for efficient electromagnetic energy absorption and conversion
CN105417526B (zh) 一种用于染料吸附的三维石墨烯气凝胶材料及其制备方法
Gai et al. Compositional and hollow engineering of silicon carbide/carbon microspheres as high-performance microwave absorbing materials with good environmental tolerance
Wang et al. Multifunctional microwave absorption materials of multiscale cobalt sulfide/diatoms co-doped carbon aerogel
Qiu et al. One-step in-situ preparation of C/TiO2@ rGO aerogel derived from Ti3C2Tx MXene for integrating microwave absorption, electromagnetic interference shielding and catalytic degradation of antibiotics
He et al. Ultralight Ti3C2Tx-derivative chrysanthemum-like Na2Ti3O7/Ti3C2Tx MXene quantum dots 3D/0D heterostructure with advanced microwave absorption performance
Han et al. Assembly of partially unzipped multiwalled carbon nanotubes into ultralight, highly efficient and multifunctional electromagnetic wave absorbing aerogel

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20190125

Termination date: 20211210