CN114436620A - 一种石墨烯基气凝胶及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及石墨烯基气凝胶材料领域,特别是涉及一种石墨烯基气凝胶,包括如下组分:氧化石墨烯、二氧化硅、溶剂;所述氧化石墨烯、二氧化硅、溶剂的质量比为1~10:1~5:95~98。本发明提供一种实现隔热性能提升、一定的阻燃效果的石墨烯基气凝胶及其制备方法;本发明还提供一种石墨烯基气凝胶的制备方法,能够提高石墨烯基气凝胶的隔热性能。
Description
技术领域
本发明涉及石墨烯基气凝胶材料领域,特别是涉及一种石墨烯基气凝胶及其制备方法。
背景技术
气凝胶是一种固体物质形态,世界上密度最小的固体。目前最轻的气凝胶仅有0.16mg/cm3,多孔性质衍生出的性能,比如优良的隔热性能,使得一寸厚的气凝胶相当于20至30块普通玻璃的隔热效果。此外,气凝胶可以制作成为保温毡,具有柔软﹑易裁剪﹑密度小、无机防火﹑整体疏水、绿色环保等特性,有望替代玻璃纤维制品、石棉保温毡、硅酸盐纤维制品等不环保、保温性能差的传统柔性保温材料。
石墨烯气凝胶是一种类似泡沫结构的组合物,具有高比表面积、高孔隙率、极低的导热系数、极低的声阻等优异性能。二氧化硅本身就是良好的绝缘绝热材料,将氧化石墨烯和二氧化硅相结合,可制备成石墨烯基复合气凝胶。
目前,石墨烯气凝胶的隔热性能较差,不满足现有产品的要求,因此,急需一种可提升隔热性能的石墨烯基气凝胶。
发明内容
为解决上述技术问题,本发明提供一种实现隔热性能提升、一定的阻燃效果的石墨烯基气凝胶及其制备方法。
本发明还提供一种石墨烯基气凝胶的制备方法,能够提高石墨烯基气凝胶的隔热性能。
本发明采用如下技术方案:
一种石墨烯基气凝胶,包括如下组分:氧化石墨烯、二氧化硅、溶剂;所述氧化石墨烯、二氧化硅、溶剂的质量比为1~10:1~5:95~98。
对上述技术方案的进一步改进为,所述氧化石墨烯的层数为单层,其粒径为10微米。
对上述技术方案的进一步改进为,所述二氧化硅的粒径为100纳米。
对上述技术方案的进一步改进为,所述溶剂为水和乙醇混合溶液。
一种石墨烯基气凝胶的制备方法,包括如下步骤:
S1、将氧化石墨烯溶液加入到水中稀释,搅拌均匀后,得到氧化石墨烯分散溶液;
S2、将二氧化硅粉体加入到乙醇溶液中,搅拌均匀后,得到二氧化硅分散溶液;
S3、将二氧化硅分散溶液加入到氧化石墨烯分散溶液中,搅拌均匀后,得到氧化石墨烯/二氧化硅复合浆料;
S4、将氧化石墨烯/二氧化硅复合浆料刮涂烘干,得到氧化石墨烯/二氧化硅复合膜;
S5、将氧化石墨烯/二氧化硅复合膜高温300℃处理1h,得到氧化石墨烯/二氧化硅复合气凝胶。
对上述技术方案的进一步改进为,在所述步骤S1、S2、S3中,所述搅拌的线速度为5~10m/s。
对上述技术方案的进一步改进为,在所述步骤S1、S2、S3中,所述搅拌的时间为0.5~1小时。
对上述技术方案的进一步改进为,在所述步骤S4中,所述烘干的温度为60~80℃。
对上述技术方案的进一步改进为,在所述步骤S5中,高温处理环境为氩气环境。
本发明的有益效果为:
本发明以氧化石墨烯为主体,引入一定比例的二氧化硅,形成的石墨烯/二氧化硅复合气凝胶,既可以降低气凝胶片层之间的热传递,实现隔热性能提升;同时,二氧化硅的添加,使得石墨烯基复合气凝胶遇到明火,也能实现一定的阻燃效果。
附图说明
图1为本发明的石墨烯基气凝胶的实施例3的厚度测试图;
图2为图1的石墨烯基气凝胶的实施例3的隔热性能测试图。
具体实施方式
为更好地理解本发明,下面结合实施例对本发明作进一步说明,但是本发明的实施方式不限于此。
一种石墨烯基气凝胶,包括如下组分:氧化石墨烯、二氧化硅、溶剂;所述氧化石墨烯、二氧化硅、溶剂的质量比为1~10:1~5:95~98。
优选地,所述氧化石墨烯的层数为单层,其粒径为10微米。
优选地,所述二氧化硅的粒径为100纳米。
优选地,所述溶剂为水和乙醇混合溶液。
一种石墨烯基气凝胶的制备方法,包括如下步骤:
S1、将氧化石墨烯溶液加入到水中稀释,搅拌均匀后,得到氧化石墨烯分散溶液;
S2、将二氧化硅粉体加入到乙醇溶液中,搅拌均匀后,得到二氧化硅分散溶液;
S3、将二氧化硅分散溶液加入到氧化石墨烯分散溶液中,搅拌均匀后,得到氧化石墨烯/二氧化硅复合浆料;
S4、将氧化石墨烯/二氧化硅复合浆料刮涂烘干,得到氧化石墨烯/二氧化硅复合膜;
S5、将氧化石墨烯/二氧化硅复合膜高温300℃处理1h,得到氧化石墨烯/二氧化硅复合气凝胶。
优选地,在所述步骤S1、S2、S3中,所述搅拌的线速度为5~10m/s。
优选地,在所述步骤S1、S2、S3中,所述搅拌的时间为0.5~1小时。
优选地,在所述步骤S4中,所述烘干的温度为60~80℃。
优选地,在所述步骤S5中,高温处理环境为氩气环境。
实施例1
将20g固含量为2wt%的氧化石墨烯溶液加入到80g水溶液中,以5m/s线速度搅拌1h,得到氧化石墨烯分散溶液;
将0.1g二氧化硅粉体加入到20g乙醇溶液中,以5m/s线速度搅拌1h,得到二氧化硅分散溶液;
将步骤(2)二氧化硅分散溶液加入到步骤(1)氧化石墨烯分散溶液中,以5m/s线速度搅拌30min,得到氧化石墨烯/二氧化硅复合浆料;
将步骤(3)氧化石墨烯/二氧化硅复合浆料刮涂,并60℃烘干,最后在氩气气氛下300℃处理1h,得到石墨烯/二氧化硅复合气凝胶。
实施例2
将30g固含量为2wt%的氧化石墨烯溶液加入到100g水溶液中,以5m/s线速度搅拌1h,得到氧化石墨烯分散溶液;
将0.1g二氧化硅粉体加入到20g乙醇溶液中,以5m/s线速度搅拌1h,得到二氧化硅分散溶液;
将步骤(2)二氧化硅分散溶液加入到步骤(1)氧化石墨烯分散溶液中,以5m/s线速度搅拌30min得到氧化石墨烯/二氧化硅复合浆料;
将步骤(3)氧化石墨烯/二氧化硅复合浆料刮涂,并60℃烘干,最后在氩气气氛下300℃处理1h,得到石墨烯/二氧化硅复合气凝胶。
实施例3
将60g固含量为2wt%的氧化石墨烯溶液加入到240g水溶液中,以5m/s线速度搅拌1h,得到氧化石墨烯分散溶液;
将0.4g二氧化硅粉体加入到50g乙醇溶液中,以5m/s线速度搅拌1h,得到二氧化硅分散溶液;
将步骤(2)二氧化硅分散溶液加入到步骤(1)氧化石墨烯分散溶液中,以5m/s线速度搅拌30min,得到氧化石墨烯/二氧化硅复合浆料;
将步骤(3)氧化石墨烯/二氧化硅复合浆料刮涂,并60℃烘干,最后在氩气气氛下300℃处理1h,得到石墨烯/二氧化硅复合气凝胶。
对实施例3制备得到的石墨烯/二氧化硅复合气凝胶进行厚度测试,结果如图1所示,石墨烯/二氧化硅复合气凝胶厚度在0.349mm。
对实施例3制备得到的石墨烯/二氧化硅复合气凝胶在200℃热源情况下进行隔热性能测试,结果如图2所示,石墨烯/二氧化硅复合气凝胶在200℃热源情况下,具有良好的隔热性能。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式,其描述较为具体和详细,但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是,对于本领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明构思的前提下,还可以做出若干变形和改进,这些都属于本发明的保护范围。因此,本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (9)
1.一种石墨烯基气凝胶,其特征在于,包括如下组分:氧化石墨烯、二氧化硅、溶剂;所述氧化石墨烯、二氧化硅、溶剂的质量比为1~10:1~5:95~98。
2.根据权利要求1所述的石墨烯基气凝胶,其特征在于,所述氧化石墨烯的层数为单层,其粒径为10微米。
3.根据权利要求1所述的石墨烯基气凝胶,其特征在于,所述二氧化硅的粒径为100纳米。
4.根据权利要求1所述的石墨烯基气凝胶,其特征在于,所述溶剂为水和乙醇混合溶液。
5.一种石墨烯基气凝胶的制备方法,其特征在于,包括如下步骤:
S1、将氧化石墨烯溶液加入到水中稀释,搅拌均匀后,得到氧化石墨烯分散溶液;
S2、将二氧化硅粉体加入到乙醇溶液中,搅拌均匀后,得到二氧化硅分散溶液;
S3、将二氧化硅分散溶液加入到氧化石墨烯分散溶液中,搅拌均匀后,得到氧化石墨烯/二氧化硅复合浆料;
S4、将氧化石墨烯/二氧化硅复合浆料刮涂烘干,得到氧化石墨烯/二氧化硅复合膜;
S5、将氧化石墨烯/二氧化硅复合膜高温300℃处理1h,得到氧化石墨烯/二氧化硅复合气凝胶。
6.根据权利要求5所述的石墨烯基气凝胶的制备方法,其特征在于,在所述步骤S1、S2、S3中,所述搅拌的线速度为5~10m/s。
7.根据权利要求5所述的石墨烯基气凝胶的制备方法,其特征在于,在所述步骤S1、S2、S3中,所述搅拌的时间为0.5~1小时。
8.根据权利要求5所述的石墨烯基气凝胶的制备方法,其特征在于,在所述步骤S4中,所述烘干的温度为60~80℃。
9.根据权利要求5所述的石墨烯基气凝胶的制备方法,其特征在于,在所述步骤S5中,高温处理环境为氩气环境。
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