CN110802698A - 一种木基-石墨烯绿色导电复合材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种木基‑石墨烯绿色导电复合材料及其制备方法。该方法包括：利用去离子水对木材进行多次抽提处理，直至水的颜色澄清，然后进行饱水处理、冷冻处理，然后进行干燥处理；将浓度为1‑7mg/mL的氧化石墨烯分散液在真空条件下浸渍进入经过干燥处理的木材中；对经过浸渍的木材进行分段干燥；利用还原剂对经过分段的木材在高温条件下进行真空浸渍，将木材内部的氧化石墨烯最大程度地还原，得到所述木基‑石墨烯导电复合材料绿色导电复合材料。

Description

一种木基-石墨烯绿色导电复合材料及其制备方法
技术领域
本发明属于木材功能化处理技术领域，特别涉及一种木基-石墨烯绿色导电复合材料及其制备方法。
背景技术
高速发展的电子工业带来的电磁辐射，存在着信息泄露、严重干扰周围电子设备运行，且危害人类身体健康等弊端，已成为继噪声、大气、水体、固体废物污染之后的又一大公害。具有天然电磁屏蔽效应的金属资源日益枯竭，冶炼过程带来的环境问题日趋严重、加工较难、成品重量重、对电磁波的强烈反射作用引起二次干扰等缺点，限制了它的适用性。导电聚合物、炭系材料及表面活性剂易发生凝聚，需借助其他基质材料加工制作。因此，探索吸收频带宽、物理机械性能好、绿色无污染的电磁屏蔽材料，缓解不可再生资源的压力，减轻日益严重的环境问题，新型环保型可再生电磁屏蔽复合材料的发展迫在眉睫。
木材是一种具有微米至纳米级多尺度结构的绿色绝缘材料，具有可再生、隔音、调温调湿及装饰性能等优点，其天然的骨架形态可作为其他材料的基质模板，多孔通道表面富含大量的活性位点(碳自由基C)和基团(游离性羟基-OH、羧基-COOH等)，可进行一系列的物理、化学反应。通过与导电材料(导电聚合物：聚吡咯PPy、聚苯胺PANI等，炭系材料：碳纳米管CNTs、石墨烯Gr等，金属系材料：银、金、镍、铜及其氧化物氧化锡、氧化铅、二氧化钛等，表面活性剂：氯化-1-烯丙基-3-甲基咪唑盐等)的结合，可将其发展成为一种很有前景的绿色电磁屏蔽材料，同时木材机体的吸湿性、各向异性、易腐裂等性能明显改善，实现了木材的高性能化和功能化，提高了木材的附加值。
石墨烯是碳原子以sp2杂化连接的单原子层结构，并由单层碳原子紧密堆积成二维蜂窝状晶体结构的一种碳材料。石墨烯是目前已知材料中最薄的一种材料，理论厚度仅为0.35nm，这种二维结构具有优异的晶体学性质和物理化学性质，具有超强的导热导电性和强度，它的透光率仅为2.3％，导热系数高达5300W/(m·k)，高于金刚石和碳纳米管，而电阻率比银或铜更低，只有约10-6Ω·cm，是世界上电阻率最小的材料。除此之外，石墨烯还具有一些其他新奇的性质，由于石墨烯边缘及缺陷处存在孤电子对，使石墨烯具有铁磁性等磁性能。石墨烯特殊的单原子层结构，使石墨烯的理论比表面积高达2630m2/g，石墨烯中的碳原子排列非常紧密且整齐，它的晶体结构是一种二维的六边形，是所有碳材料的基本组成单位。由于石墨烯具有特殊的机械属性，被用作新型复合材质的添加物，从而提高了机械强度，同时具有优异的导电性能。
因此如果将石墨烯与木材结合，具有重要的理论研究和应用价值。但石墨烯作为一种单原子层材料，难以与木材均匀复合，需要采用石墨烯的衍生物——具有亲水性的氧化石墨烯，与木材复合，再采取还原处理的手段最大程度地释放出具有导电性的还原性氧化石墨烯。
氧化石墨烯(GO)是利用氧化还原法制备石墨烯的中间产物，也是石墨烯的一种衍生物，是由氧化石墨发生剥离而形成的单层或多层氧化石墨，具有典型的准二维空间结构。氧化石墨烯作为石墨烯的衍生物，碳和氧的原子个数比通常为2:3，GO的石墨片层两侧含有环氧基和羟基，边缘附有羧基，石墨本身是一种憎水性物质，而氧化石墨烯表面及边缘含有大量的羧基、羟基、环氧等基团，是一种亲水性较好的物质。此外，氧化石墨烯结构中的这些官能团，也使得氧化石墨烯具有良好的反应活性，正是由于这些性质使GO容易与其他试剂发生反应，GO与石墨烯的性质也具有许多相似的特点，如电学性质、光学性质等。因为氧化石墨烯具有良好的亲水性、生物相容性、良好的光学性质和大的比表面积，在水及其他有机溶剂中可形成稳定的悬浮液，易于修饰和功能化，适合应用在生物医学领域，GO既可以与物质发生物理吸附，又具有与其他碳材料通过键合而紧密连接的性质。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种木基-石墨烯导电复合材料及其制备方法，该复合材料是一种既具有导电性能，又弱化了木材吸湿、易变形、提高木材机械性能的复合材料。
为达到上述目的，本发明提供了一种木基-石墨烯绿色导电复合材料的制备方法，其包括以下步骤：
(1)利用去离子水对木材进行多次抽提处理，直至水的颜色澄清，然后进行饱水处理、冷冻处理，然后进行干燥处理；
(2)将浓度为1-7mg/mL的氧化石墨烯分散液在真空条件下浸渍进入经过干燥处理的木材中；优选地，以所述木材的质量计，所述氧化石墨烯分散液的添加量为0.1％-3％；
(3)对经过浸渍的木材进行分段干燥；
(4)对经过分段干燥的木材进行还原剂真空浸渍，之后在高温、高压条件下处理，将木材内部的氧化石墨烯还原成还原性氧化石墨烯，得到所述木基-石墨烯绿色导电复合材料。
在上述方法中，步骤(1)的目的是为了将木材机体孔隙内的倾填体去除掉，以达到木材孔隙的畅通，方便氧化石墨烯以片层结构进入到木材机体内部。在步骤(1)中，所述去离子水的温度优选为70-100℃，更优选为80℃。
在上述方法中，优选地，在步骤(1)中，饱水处理进行5-8天，更优选为7天。
在上述方法中，优选地，在步骤(1)中，冷冻处理进行2-7天，更优选为2-3天。
在上述方法中，优选地，在步骤(1)中，干燥处理按照以下方式进行：103℃干燥0.5-2h，80℃干燥3-6h，在0.2MPa的真空条件下于60℃干燥1-4h。在步骤(1)中，在未加入氧化石墨烯之前，采用这一分段干燥处理能够保证木材的结构在处理过程中保持完整，不发生开裂，以最快速度达到木材的干燥效果。
在上述方法中，优选地，在步骤(2)中，所述真空条件为：真空度0.5-0.8MPa，优选采用脉冲式真空法真空浸渍10分钟、常压浸渍3分钟、再真空浸渍5分钟。
在上述方法中，优选地，在步骤(3)中，对经过浸渍的木材进行分段干燥，以使其含水率需保持在10％以下，除去木材机体中大量的自由水，且木材不发生开裂，方便后续步骤的进行。优选地，所述分段干燥按照以下方式依次进行：在真空干燥箱中于45-60℃干燥8-12h；优选51℃干燥10h；在鼓风干燥箱中于45-60℃干燥5-7h；优选51℃干燥6h；在真空干燥箱中于真空条件、45-60℃干燥1-3h，所述真空条件的真空度为0.02-0.06MPa；优选51℃干燥1h；于45-60℃鼓风干燥8-12h；优选53℃干燥10h。在步骤(3)采用这一分段干燥处理方式能够在保证木材不开裂的前提下，最大程度地、均匀地进行木材的干燥。氧化石墨烯在60℃以上会产生大量黑色片状物质，严重影响后续的还原处理手段，最终影响导电效果，通过这一分段干燥处理能够提高氧化石墨烯在木材机体内的分散程度，避免木材干燥过程中产生的大裂缝导致氧化石墨烯发生大量沉积，影响最终的导电效果。
在上述方法中，在步骤(4)中，将步骤(3)得到的复合材料利用绿色还原剂(优选抗坏血酸、柠檬酸钠)进行真空浸渍，达到氧化石墨烯在木材机体内部最大程度还原成还原性氧化石墨烯，优选地，所述抗坏血酸溶液的质量浓度为5-20％。
在上述方法中，优选地，在步骤(4)中，所述真空浸渍的真空条件为真空度为0.5-0.8MPa，优选采用脉冲式真空法，真空浸渍10分钟、常压浸渍3分钟、再真空浸渍5分钟。
在上述方法中，优选地，在步骤(4)中，在真空浸渍之后，对木材进行高压蒸汽处理，更优选地，所述高压蒸汽处理是将木材置于高压蒸汽灭菌锅中进行处理，高压蒸汽的温度为110-150℃，处理时间为1-4h，压力为0.145-0.165MPa。
在上述方法中，优选地，在步骤(4)中，所述真空浸渍结束后，对木材进行干燥处理，具体按照以下方式进行：60-80℃条件下干燥9-12h。
在上述方法中，优选地，本发明所处理的木材包括杨木、桉木、杉木、樟子松和落叶松等中的一种。
氧化石墨烯拥有与石墨烯类似的光学性质和大的比表面积，本发明将其作为石墨烯转化的中间体，利用其良好的亲水性、生物相容性优势，将其与木材复合，之后再采用还原手段，将石墨烯的电学、热学性质最大程度地释放出来，达到复合材料综合性能的提高。
本发明提供了一种上述方法所制备的木基-石墨烯绿色导电复合材料。
为保证氧化石墨烯片层结构顺利进入木材机体中，在尽量减小木材强度损耗的前提下，本发明采用水循环预处理木材的方式达到木材孔隙度的提升。此外，通过合理控制真空及高压条件，保证氧化石墨烯在木材机体内部达到均匀分散并最大程度地还原成石墨烯，从而赋予木材优异的导电性能。通过氧化石墨烯平面结构上的亲水基团与木材机体中的活性基团羟基、羧基等有机结合，之后再利用绿色还原剂抗坏血酸对分散于木材机体中的氧化石墨烯的片层上的含氧基团进行还原，释放导电性能，得到既具有导电性能，又弱化了木材吸湿、易变形、提高木材机械性能的复合材料。
本发明通过对木材进行抽提预处理、双真空法浸渍氧化石墨烯并与木材化学键合、绿色还原剂抗坏血酸处理木材，高压处理使氧化石墨烯在木质机体内部充分还原生成具有到典型的还原性氧化石墨烯，赋予木材均匀导电的能力，且明显提高了木材的结晶度，以“铆钉”的形式固定住了游离态羟基，明显弱化了木材的吸湿、吸水性能。
与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下优点：(1)本发明的处理方法赋予了木材具有半导体导电的能力，有效提高了其抗静电及电磁屏蔽能力，扩大了其应用领域。(2)本发明的处理方法绿色无污染，具有较好的环保性能。(3)本发明的处理方法简单可行，对设备要求较低。
附图说明
图1为对比例1中的纯木材的径切面图。
图2为实施例1制备的木基-石墨烯绿色导电复合材料的径切面图。
图3为对比例1中的杨木素材加氧化石墨烯的能谱图。
图4为实施例1中杨木加有氧化石墨烯并被抗坏血酸还原后的能谱图。
图5-图7为实施例1中的纯木材和木基-石墨烯绿色导电复合材料(试件)的红外光谱对比图。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和有益效果有更加清楚的理解，现对本发明的技术方案进行以下详细说明，但不能理解为对本发明的可实施范围的限定。
对比例1
本对比例提供了一种木基-石墨烯复合材料，其是通过以下步骤制备的：
(1)木材的预处理抽提过程：利用80℃的去离子水对木材(杨木素材)进行多次抽提处理，直至水的颜色澄清，之后进行为期一周的饱水处理并冷冻2天，最后干燥处理(103℃干燥30分钟，80℃干燥4h，在0.2MPa的真空下于60℃干燥2h)。
(2)将浓度为4mg/mL的氧化石墨烯分散液在真空条件下浸渍进入步骤(1)预处理过的速生材机体中，采用脉冲式真空法，真空度为0.8MPa，真空浸渍10分钟、常压浸渍3分钟、再真空浸渍5分钟，得到复合材料。
(3)对木基-氧化石墨烯复合材料进行分段干燥(51℃真空干燥箱箱里进行10h，51℃鼓风干燥箱进行6h，真空干燥箱真空条件下0.02-0.06，51℃进行1h，53℃鼓风干燥10h)，除去木材机体中大量的自由水，使木材的含水率保持在10％以下，且木材不发生开裂，得到木基-氧化石墨烯复合材料。
实施例1
本实施例提供了一种木基-石墨烯绿色导电复合材料，其是通过以下步骤制备的：
(1)木材的预处理抽提过程：利用80℃的去离子水对木材(杨木素材)进行多次抽提处理，直至水的颜色澄清，之后进行为期一周的饱水处理并冷冻2天，最后干燥处理(103℃干燥30分钟，80℃干燥4h，在0.2的真空下于60℃干燥2h)。
(2)将浓度为1mg/mL的氧化石墨烯分散液在真空条件下浸渍进入步骤(1)预处理过的速生材机体中，采用脉冲式真空法，真空度为0.8MPa，真空浸渍10分钟、常压浸渍3分钟、再真空浸渍5分钟，得到复合材料。
(3)对木基-氧化石墨烯复合材料进行分段干燥(51℃真空干燥箱箱里进行10h，51℃鼓风干燥箱进行6h，真空干燥箱真空条件下0.02-0.06，51℃进行1h，53℃鼓风干燥10h)，除去木材机体中大量的自由水，使木材的含水率保持在10％以下，且木材不发生开裂。
(4)将步骤(3)得到的复合材料利用10％的抗坏血酸溶液进行真空浸渍(采用脉冲式真空法，真空度为0.8MPa，真空浸渍10分钟、常压浸渍3分钟、再真空浸渍5分)，并在120℃的高压蒸汽灭菌锅中处理2h，使氧化石墨烯在木材机体内部最大程度还原成还原性氧化石墨烯，得到木基-石墨烯绿色导电复合材料。
图1为对比例1采用的纯木材的径切面图。图2为实施例1制备的木基-石墨烯绿色导电复合材料的径切面图。由图1、图2的SEM图可明显看出纯木块在电镜下导管清晰，木材细胞组织纹理明显，在加入氧化石墨烯并热处理后，可以看到石墨烯材料在木材导管内大量分布，以膜或大片片层的形式黏附在木材管壁上，说明氧化石墨烯与木材结合程度良好。石墨烯材料在木材内部存在于导管组织，整体可能形成沿导管方向的“导电通路”，从结构上实现了木材的导电可能，后续电阻测试上也证明出石墨烯在杨木机体内部确实发生了还原，且均匀分布与木材机体中。
图3为对比例1添加了氧化石墨烯的杨木素材的能谱图。图4为实施例1中杨木加有氧化石墨烯并被抗坏血酸还原后的能谱图。由能谱分析可知，图4中的碳氧比明显高于图3，说明经抗坏血酸处理后，木材机体内的氧化石墨烯发生还原，生成还原性氧化石墨烯，可赋予木材一定的导电性。
图5-图7为实施例1中的纯木材、氧化石墨烯及木基-石墨烯绿色导电复合材料(试件)的红外光谱对比图。较杨木素材和氧化石墨烯而言，试件的吸收峰位在3418.42cm-1为缔合态-OH，峰强明显高于杨木素材，说明石墨烯中残留的羟基与木材中的游离性羟基形成了氢键，提高了木材的结晶度，一定程度上提高了木材的导电性。峰位2925.80和2853.19cm-1发生明显增强，是石墨烯结构上的C-H伸缩振动峰；2362.00cm-1发生明显增强，是石墨烯结构上的大π键产生的伸缩振动峰；1603.60cm-1发生明显增强，是石墨烯结构上的残留的羰基产生的伸缩振动峰；1383.88cm-1为甲基的弯曲振动峰，发生明显减弱，是由于石墨烯结构中几乎没有甲基，对木材中的甲基发生了一定程度的覆盖；669.16cm-1为苯环的弯曲振动，发生明显增强，是石墨烯的苯环结构所致，上述峰位的变化说明抗坏血酸真空浸渍进入木材机体后，对木材机体内均匀分布的氧化石墨烯进行了充分还原，致使氧化石墨烯苯环上的氧原子大量减少，有效碳原子比例明显增加。由上述分析可以看出：氧化石墨烯进入木材机体后，经绿色还原剂抗坏血酸处理，可使氧化石墨烯生成大量的还原性氧化石墨烯，释放导电性能，最终赋予木材良好的导电性能，进一步扩大木材的应用领域。
实施例2
本实施例提供了一种木基-石墨烯绿色导电复合材料，其是通过以下步骤制备的：
(1)木材的预处理抽提过程：利用80℃的去离子水对木材进行多次抽提处理，直至水的颜色澄清，之后进行为期一周的饱水处理并冷冻2天，最后干燥处理(103℃干燥30分钟，80℃干燥4h，在0.2的真空下于60℃干燥2h)。
(2)将浓度为3mg/mL的氧化石墨烯分散液在真空条件下浸渍进入步骤(1)预处理过的速生材机体中，采用脉冲式真空法，真空度为0.8MPa，真空浸渍10分钟、常压浸渍3分钟、再真空浸渍5分钟，得到复合材料。
(3)对木基-氧化石墨烯复合材料进行分段干燥(51℃真空干燥箱箱里进行10h，51℃鼓风干燥箱进行6h，真空干燥箱真空条件下0.02-0.06，51℃进行1h，53℃鼓风干燥10h)，除去木材机体中大量的自由水，使木材的含水率保持在10％以下，且木材不发生开裂。
(4)将步骤(3)得到的复合材料利用10％的抗坏血酸溶液进行真空浸渍(采用脉冲式真空法，真空度为0.8MPa，真空浸渍10分钟、常压浸渍3分钟、再真空浸渍5分钟)，并在120℃的高压蒸汽灭菌锅中处理2h，使氧化石墨烯在木材机体内部最大程度还原成还原性氧化石墨烯，得到木基-石墨烯绿色导电复合材料。
实施例3
本实施例提供了一种木基-石墨烯绿色导电复合材料，其是通过以下步骤制备的：
(1)木材的预处理抽提过程：利用80℃的去离子水对木材进行多次抽提处理，直至水的颜色澄清，之后进行为期一周的饱水处理并冷冻2天，最后干燥处理(103℃干燥30分钟，80℃干燥4h，在0.2的真空下于60℃干燥2h)。
(2)将浓度为5mg/mL的氧化石墨烯分散液在真空条件下浸渍进入步骤(1)预处理过的速生材机体中，采用脉冲式真空法，真空度为0.8MPa，真空浸渍10分钟、常压浸渍3分钟、再真空浸渍5分钟，得到复合材料。
(3)对木基-氧化石墨烯复合材料进行分段干燥(51℃真空干燥箱箱里进行10h，51℃鼓风干燥箱进行6h，真空干燥箱真空条件下0.02-0.06，51℃进行1h，53℃鼓风干燥10h)，除去木材机体中大量的自由水，使木材的含水率保持在10％以下，且木材不发生开裂。
(4)将步骤(3)得到的复合材料利用10％的抗坏血酸溶液进行真空浸渍(采用脉冲式真空法，真空度为0.8MPa，真空浸渍10分钟、常压浸渍3分钟、再真空浸渍5分钟)，并在120℃的高压蒸汽灭菌锅中处理2h，使氧化石墨烯在木材机体内部最大程度还原成还原性氧化石墨烯，得到木基-石墨烯绿色导电复合材料。
实施例4
本实施例提供了一种木基-石墨烯绿色导电复合材料，其是通过以下步骤制备的：
(1)木材的预处理抽提过程：利用80℃的去离子水对木材进行多次抽提处理，直至水的颜色澄清，之后进行为期一周的饱水处理并冷冻2天，最后干燥处理(103℃干燥30分钟，80℃干燥4h，在0.2的真空下于60℃干燥2h)。
(2)将浓度为4mg/mL的氧化石墨烯分散液在真空条件下浸渍进入步骤(1)预处理过的速生材机体中，采用脉冲式真空法，真空度为0.8MPa，真空浸渍10分钟、常压浸渍3分钟、再真空浸渍5分钟，得到复合材料。
(3)对木基-氧化石墨烯复合材料进行分段干燥(51℃真空干燥箱箱里进行10h，51℃鼓风干燥箱进行6h，真空干燥箱真空条件下0.02-0.06，51℃进行1h，53℃鼓风干燥10h)，除去木材机体中大量的自由水，使木材的含水率保持在10％以下，且木材不发生开裂。
(4)将步骤(3)得到的复合材料利用10％的硼氢化钠溶液进行真空浸渍(采用脉冲式真空法，真空度为0.8MPa，真空浸渍10分钟、常压浸渍3分钟、再真空浸渍5分钟，)，并在120℃的高压蒸汽灭菌锅中处理2h，使氧化石墨烯在木材机体内部最大程度还原成还原性氧化石墨烯，得到木基-石墨烯绿色导电复合材料。
实施例5
本实施例提供了一种木基-石墨烯绿色导电复合材料，其是通过以下步骤制备的：
(1)木材的预处理抽提过程：利用80℃的去离子水对木材进行多次抽提处理，直至水的颜色澄清，之后进行为期一周的饱水处理并冷冻2天，最后干燥处理(103℃干燥30分钟，80℃干燥4h，在0.2的真空下于60℃干燥2h)。
(2)将浓度为4mg/mL的氧化石墨烯分散液在真空条件下浸渍进入步骤(1)预处理过的速生材机体中，真空为脉冲式真空，采用脉冲式真空法，真空度为0.8MPa，真空浸渍10分钟、常压浸渍3分钟、再真空浸渍5分钟，得到复合材料。
(3)对木基-氧化石墨烯复合材料进行分段干燥(51℃真空干燥箱箱里进行10h，51℃鼓风干燥箱进行6h，真空干燥箱真空条件下0.02-0.06，51℃进行1h，53℃鼓风干燥10h)，除去木材机体中大量的自由水，使木材的含水率保持在10％以下，且木材不发生开裂。
(4)将步骤(3)得到的复合材料利用10％的柠檬酸钠溶液进行真空浸渍(采用脉冲式真空法，真空度为0.8MPa，真空浸渍10分钟、常压浸渍3分钟、再真空浸渍5分钟)，并在120℃的高压蒸汽灭菌锅中处理2h，使氧化石墨烯在木材机体内部最大程度还原成还原性氧化石墨烯，得到木基-石墨烯绿色导电复合材料。
实施例6
本实施例提供了一种木基-石墨烯绿色导电复合材料，其是通过以下步骤制备的：
(1)木材的预处理抽提过程：利用80℃的去离子水对木材进行多次抽提处理，直至水的颜色澄清，之后进行为期一周的饱水处理并冷冻2天，最后干燥处理(103℃干燥30分钟，80℃干燥4h，在0.2的真空下于60℃干燥2h)。
(2)将浓度为4mg/mL的氧化石墨烯分散液在真空条件下浸渍进入步骤(1)预处理过的速生材机体中，采用脉冲式真空法，真空度为0.8MPa，真空浸渍10分钟、常压浸渍3分钟、再真空浸渍5分钟，得到复合材料。
(3)对木基-氧化石墨烯复合材料进行分段干燥(51℃真空干燥箱箱里进行10h，51℃鼓风干燥箱进行6h，真空干燥箱真空条件下0.02-0.06，51℃进行1h，53℃鼓风干燥10h)，除去木材机体中大量的自由水，使木材的含水率保持在10％以下，且木材不发生开裂。
(4)将步骤(3)得到的复合材料利用5％的抗坏血酸溶液进行真空浸渍(采用脉冲式真空法，真空度为0.8MPa，真空浸渍10分钟、常压浸渍3分钟、再真空浸渍5分钟)，并在120℃的高压蒸汽灭菌锅中处理2h，使氧化石墨烯在木材机体内部最大程度还原成还原性氧化石墨烯，得到木基-石墨烯绿色导电复合材料。
实施例7
本实施例提供了一种木基-石墨烯绿色导电复合材料，其是通过以下步骤制备的：
(1)木材的预处理抽提过程：利用80℃的去离子水对木材进行多次抽提处理，直至水的颜色澄清，之后进行为期一周的饱水处理并冷冻2天，最后干燥处理(103℃干燥30分钟，80℃干燥4h，在0.2的真空下于60℃干燥2h)。
(2)将浓度为4mg/mL的氧化石墨烯分散液在真空条件下浸渍进入步骤(1)预处理过的速生材机体中，采用脉冲式真空法，真空度为0.8MPa，真空浸渍10分钟、常压浸渍3分钟、再真空浸渍5分钟，得到复合材料。
(3)对木基-氧化石墨烯复合材料进行分段干燥(51℃真空干燥箱箱里进行10h，51℃鼓风干燥箱进行6h，真空干燥箱真空条件下0.02-0.06，51℃进行1h，53℃鼓风干燥10h)，除去木材机体中大量的自由水，使木材的含水率保持在10％以下，且木材不发生开裂。
(4)将步骤(3)得到的复合材料利用15％的抗坏血酸溶液进行真空浸渍(采用脉冲式真空法，真空度为0.8MPa，真空浸渍10分钟、常压浸渍3分钟、再真空浸渍5分钟)，并在120℃的高压蒸汽灭菌锅中处理2h，使氧化石墨烯在木材机体内部最大程度还原成还原性氧化石墨烯，得到木基-石墨烯绿色导电复合材料。
实施例8
本实施例提供了一种木基-石墨烯绿色导电复合材料，其是通过以下步骤制备的：
(1)木材的预处理抽提过程：利用80℃的去离子水对木材进行多次抽提处理，直至水的颜色澄清，之后进行为期一周的饱水处理并冷冻2天，最后干燥处理(103℃干燥30分钟，80℃干燥4h，在0.2的真空下于60℃干燥2h)。
(2)将浓度为4mg/mL的氧化石墨烯分散液在真空条件下浸渍进入步骤(1)预处理过的速生材机体中，采用脉冲式真空法，真空度为0.8MPa，真空浸渍10分钟、常压浸渍3分钟、再真空浸渍5分钟，得到复合材料。
(3)对木基-氧化石墨烯复合材料进行分段干燥(51℃真空干燥箱箱里进行10h，51℃鼓风干燥箱进行6h，真空干燥箱真空条件下0.02-0.06，51℃进行1h，53℃鼓风干燥10h)，除去木材机体中大量的自由水，使木材的含水率保持在10％以下，且木材不发生开裂。
(4)将步骤(3)得到的复合材料利用20％的抗坏血酸溶液进行真空浸渍(采用脉冲式真空法，真空度为0.8MPa，真空浸渍10分钟、常压浸渍3分钟、再真空浸渍5分钟)，并在120℃的高压蒸汽灭菌锅中处理2h，使氧化石墨烯在木材机体内部最大程度还原成还原性氧化石墨烯，得到木基-石墨烯绿色导电复合材料。
对实施例1-8制备的木基-石墨烯绿色导电复合材料以及杨木素材的导电性进行测试，结果如表1所示。
表1
杨木素材 对比例1 实施例1 实施例2 实施例3
电阻率，Ω·cm 5.973×10<sup>14</sup> 1.449×10<sup>11</sup> 1.053×10<sup>5</sup> 1.459×10<sup>4</sup> 5.041×10<sup>3</sup>
实施例4 实施例5 实施例6 实施例7 实施例8
电阻率，Ω·cm 1.032×10<sup>6</sup> 8.595×10<sup>8</sup> 4.58×10<sup>5</sup> 7.35×10<sup>3</sup> 7.429×10<sup>2</sup>
由表1的数据可以看出：杨木素材未进行任何处理前，体积电阻率为5.973×1014Ω·cm，是绝缘体。在加入氧化石墨烯之后，导电性有轻微的提高，但仍然较差。选取的常规绿色还原剂对杨木机体内部的氧化石墨烯进行还原后，发现抗坏血酸对分散的氧化石墨烯还原能力最强，最高可达到7.429×102Ω·cm，具有较好的导电性能，明显提高了杨木的电磁屏蔽能力，扩大了木材的应用领域及范围，具有一定的研究价值。

Claims (10)

1.一种木基-石墨烯绿色导电复合材料的制备方法，其包括以下步骤：
(1)利用去离子水对木材进行多次抽提处理，直至水的颜色澄清，然后进行饱水处理、冷冻处理，然后进行干燥处理；
(2)将浓度为1-7mg/mL的氧化石墨烯分散液在真空条件下浸渍进入经过干燥处理的木材中；优选地，以所述木材的质量计，所述氧化石墨烯分散液的添加量为0.1％-3％；
(3)对经过浸渍的木材进行分段干燥；
(4)利用还原剂对经过步骤(3)处理的木材进行真空浸渍，之后在高压蒸汽条件下进行处理，将氧化石墨烯还原成还原性氧化石墨烯，得到所述木基-石墨烯绿色导电复合材料。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，在步骤(1)中，所述去离子水的温度为70-100℃，优选为80℃；
优选地，所述饱水处理进行5-8天，更优选为7天；
优选地，所述冷冻处理进行2-7天，更优选为2-3天；
优选地，所述干燥处理按照以下方式进行：103℃干燥0.5-2h，80℃干燥3-6h，在0.2MPa的真空条件下于60℃干燥1-4h。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，在步骤(2)中，所述真空条件为真空度0.5-0.8MPa，所述浸渍优选采用脉冲式真空法，真空浸渍10分钟、常压浸渍3分钟、再真空浸渍5分钟。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，在步骤(3)中，对经过浸渍的木材进行干燥处理，使其含水率不超过10％，并且使其不发生开裂。
5.根据权利要求1或4所述的方法，其中，在步骤(3)中，所述分段干燥按照以下方式依次进行：
在真空干燥箱中于45-60℃干燥8-12h；优选51℃干燥10h；
在鼓风干燥箱中于45-60℃干燥5-7h；优选51℃干燥6h；
在真空干燥箱中于真空条件、45-60℃干燥1-3h，所述真空条件的真空度为0.02-0.06MPa；优选51℃干燥1h；
于45-60℃鼓风干燥8-12h；优选53℃干燥10h。
6.根据权利要求1所述的方法，其中，在步骤(4)中，所述还原剂为抗坏血酸溶液；优选地，所述抗坏血酸溶液的质量浓度为5-20％；
优选地，在步骤(4)中，所述真空浸渍的真空条件为真空度为0.5-0.8MPa，优选采用脉冲式真空法，真空浸渍10分钟、常压浸渍3分钟、再真空浸渍5分钟。
7.根据权利要求1或6所述的方法，其中，在步骤(4)中，在真空浸渍之后，对木材进行高压蒸汽处理，优选地，所述高压蒸汽处理是将木材置于高压蒸汽灭菌锅中进行处理，高压蒸汽的温度为110-150℃，处理时间为1-4h，压力为0.145-0.165MPa。
8.根据权利要求1或7所述的方法，其中，在步骤(4)中，所述高压蒸汽处理结束后，对木材进行干燥处理，具体按照以下方式进行：60-80℃条件下干燥9-12h。
9.根据权利要求1所述的方法，其中，所述木材包括杨木、桉木、杉木、樟子松和落叶松中的一种。
10.权利要求1-9任一项所述的方法制备得到的木基-石墨烯绿色导电复合材料。
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