CN116063099A - 一种石墨烯复合多孔氧化硅陶瓷的制备方法 - Google Patents
一种石墨烯复合多孔氧化硅陶瓷的制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN116063099A CN116063099A CN202211464700.7A CN202211464700A CN116063099A CN 116063099 A CN116063099 A CN 116063099A CN 202211464700 A CN202211464700 A CN 202211464700A CN 116063099 A CN116063099 A CN 116063099A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- graphene
- silicon oxide
- composite porous
- silicate
- graphene composite
- 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.)
- Pending
Links
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 91
- 229910021389 graphene Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 91
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 61
- 239000002131 composite material Substances 0.000 title claims abstract description 31
- 239000011224 oxide ceramic Substances 0.000 title claims abstract description 18
- 229910052574 oxide ceramic Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 18
- 229910021426 porous silicon Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 18
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 11
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 claims abstract description 22
- 239000006260 foam Substances 0.000 claims abstract description 21
- 239000002243 precursor Substances 0.000 claims abstract description 20
- BPQQTUXANYXVAA-UHFFFAOYSA-N Orthosilicate Chemical compound [O-][Si]([O-])([O-])[O-] BPQQTUXANYXVAA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 18
- 238000000137 annealing Methods 0.000 claims abstract description 10
- 238000004729 solvothermal method Methods 0.000 claims abstract description 10
- 230000007062 hydrolysis Effects 0.000 claims abstract description 8
- 238000006460 hydrolysis reaction Methods 0.000 claims abstract description 8
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 30
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 21
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 claims description 20
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 19
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 11
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 claims description 11
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 10
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 9
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 claims description 8
- KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N Isopropanol Chemical compound CC(C)O KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims description 7
- QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-N Acetic acid Chemical compound CC(O)=O QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N Hydrochloric acid Chemical compound Cl VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N Methanol Chemical compound OC OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 claims description 6
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 claims description 6
- 238000005245 sintering Methods 0.000 claims description 6
- LYCAIKOWRPUZTN-UHFFFAOYSA-N Ethylene glycol Chemical compound OCCO LYCAIKOWRPUZTN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 5
- 239000012153 distilled water Substances 0.000 claims description 5
- 239000010410 layer Substances 0.000 claims description 5
- CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N Acetone Chemical compound CC(C)=O CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N Sulfuric acid Chemical compound OS(O)(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- WYURNTSHIVDZCO-UHFFFAOYSA-N Tetrahydrofuran Chemical compound C1CCOC1 WYURNTSHIVDZCO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 238000004108 freeze drying Methods 0.000 claims description 4
- ZXEKIIBDNHEJCQ-UHFFFAOYSA-N isobutanol Chemical compound CC(C)CO ZXEKIIBDNHEJCQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 239000003960 organic solvent Substances 0.000 claims description 4
- 239000002904 solvent Substances 0.000 claims description 4
- VHUUQVKOLVNVRT-UHFFFAOYSA-N Ammonium hydroxide Chemical compound [NH4+].[OH-] VHUUQVKOLVNVRT-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- DKGAVHZHDRPRBM-UHFFFAOYSA-N Tert-Butanol Chemical compound CC(C)(C)O DKGAVHZHDRPRBM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- BOTDANWDWHJENH-UHFFFAOYSA-N Tetraethyl orthosilicate Chemical compound CCO[Si](OCC)(OCC)OCC BOTDANWDWHJENH-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229960000583 acetic acid Drugs 0.000 claims description 3
- 235000011114 ammonium hydroxide Nutrition 0.000 claims description 3
- 239000012362 glacial acetic acid Substances 0.000 claims description 3
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- UQMOLLPKNHFRAC-UHFFFAOYSA-N tetrabutyl silicate Chemical compound CCCCO[Si](OCCCC)(OCCCC)OCCCC UQMOLLPKNHFRAC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- ZQZCOBSUOFHDEE-UHFFFAOYSA-N tetrapropyl silicate Chemical compound CCCO[Si](OCCC)(OCCC)OCCC ZQZCOBSUOFHDEE-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- NWZSZGALRFJKBT-KNIFDHDWSA-N (2s)-2,6-diaminohexanoic acid;(2s)-2-hydroxybutanedioic acid Chemical compound OC(=O)[C@@H](O)CC(O)=O.NCCCC[C@H](N)C(O)=O NWZSZGALRFJKBT-KNIFDHDWSA-N 0.000 claims description 2
- UXVMQQNJUSDDNG-UHFFFAOYSA-L Calcium chloride Chemical compound [Cl-].[Cl-].[Ca+2] UXVMQQNJUSDDNG-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 2
- ZMXDDKWLCZADIW-UHFFFAOYSA-N N,N-Dimethylformamide Chemical compound CN(C)C=O ZMXDDKWLCZADIW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- LRHPLDYGYMQRHN-UHFFFAOYSA-N N-Butanol Chemical compound CCCCO LRHPLDYGYMQRHN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 239000012298 atmosphere Substances 0.000 claims description 2
- 239000001110 calcium chloride Substances 0.000 claims description 2
- 229910001628 calcium chloride Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 238000004132 cross linking Methods 0.000 claims description 2
- 238000007598 dipping method Methods 0.000 claims description 2
- IKDUDTNKRLTJSI-UHFFFAOYSA-N hydrazine monohydrate Substances O.NN IKDUDTNKRLTJSI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 238000006116 polymerization reaction Methods 0.000 claims description 2
- 238000004321 preservation Methods 0.000 claims description 2
- BDERNNFJNOPAEC-UHFFFAOYSA-N propan-1-ol Chemical compound CCCO BDERNNFJNOPAEC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 230000035484 reaction time Effects 0.000 claims description 2
- 239000002356 single layer Substances 0.000 claims description 2
- 238000003756 stirring Methods 0.000 claims description 2
- YLQBMQCUIZJEEH-UHFFFAOYSA-N tetrahydrofuran Natural products C=1C=COC=1 YLQBMQCUIZJEEH-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- LFQCEHFDDXELDD-UHFFFAOYSA-N tetramethyl orthosilicate Chemical compound CO[Si](OC)(OC)OC LFQCEHFDDXELDD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- WGCNASOHLSPBMP-UHFFFAOYSA-N hydroxyacetaldehyde Natural products OCC=O WGCNASOHLSPBMP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 abstract description 6
- 238000000926 separation method Methods 0.000 abstract description 4
- 238000010382 chemical cross-linking Methods 0.000 abstract description 3
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 abstract description 3
- 238000006722 reduction reaction Methods 0.000 abstract description 3
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 abstract description 3
- 238000006555 catalytic reaction Methods 0.000 abstract description 2
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 16
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 4
- 238000007710 freezing Methods 0.000 description 3
- 230000008014 freezing Effects 0.000 description 3
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000012300 argon atmosphere Substances 0.000 description 2
- 238000004090 dissolution Methods 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 238000001000 micrograph Methods 0.000 description 2
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 description 2
- 238000003980 solgel method Methods 0.000 description 2
- RNFJDJUURJAICM-UHFFFAOYSA-N 2,2,4,4,6,6-hexaphenoxy-1,3,5-triaza-2$l^{5},4$l^{5},6$l^{5}-triphosphacyclohexa-1,3,5-triene Chemical compound N=1P(OC=2C=CC=CC=2)(OC=2C=CC=CC=2)=NP(OC=2C=CC=CC=2)(OC=2C=CC=CC=2)=NP=1(OC=1C=CC=CC=1)OC1=CC=CC=C1 RNFJDJUURJAICM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 1
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 1
- 239000003063 flame retardant Substances 0.000 description 1
- 239000006261 foam material Substances 0.000 description 1
- 238000005187 foaming Methods 0.000 description 1
- 238000011065 in-situ storage Methods 0.000 description 1
- 239000012774 insulation material Substances 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 239000012299 nitrogen atmosphere Substances 0.000 description 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 239000002699 waste material Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B38/00—Porous mortars, concrete, artificial stone or ceramic ware; Preparation thereof
- C04B38/08—Porous mortars, concrete, artificial stone or ceramic ware; Preparation thereof by adding porous substances
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
- C04B35/01—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics
- C04B35/14—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics based on silica
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
- C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
- C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
- C04B2235/42—Non metallic elements added as constituents or additives, e.g. sulfur, phosphor, selenium or tellurium
- C04B2235/422—Carbon
- C04B2235/425—Graphite
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
- C04B2235/70—Aspects relating to sintered or melt-casted ceramic products
- C04B2235/74—Physical characteristics
- C04B2235/77—Density
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/10—Energy storage using batteries
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Structural Engineering (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Carbon And Carbon Compounds (AREA)
- Silicon Compounds (AREA)
Abstract
本发明公开了一种石墨烯复合多孔氧化硅陶瓷的制备方法，由石墨烯泡沫和氧化硅粒子组成，氧化硅由硅酸酯水解得到，石墨烯泡沫由氧化石墨烯经过化学交联和还原得到，石墨烯的质量含量为0.05％‑5％，氧化硅的质量含量为95％‑99.95％，氧化石墨烯在溶剂热的过程中，形成三维网络结构，浸渍于硅酸酯前驱体溶液中，硅酸酯水解形成氧化硅纳米粒子附着在石墨烯片层表面，经过高温退火处理，氧化石墨烯进一步还原，同时氧化硅粒子烧结成型，形成石墨烯复合多孔氧化硅陶瓷，其具有优异的导电性能，在催化，吸附分离，阻燃等领域具有广阔的应用前景。
Description
技术领域：
本发明涉及多孔陶瓷制备技术领域，特别涉及一种石墨烯复合多孔氧化硅陶瓷的制备方法。
背景技术：
多孔陶瓷在实际生产生活中有着重要的应用价值，目前多孔陶瓷的制备方法主要有模板法，发泡法，牺牲剂法，部分烧结法等，得到的多孔陶瓷往往具有50％以上的孔隙率，可以应用于结构材料，过滤分离等领域。近来，90％以上孔隙率的低密度泡沫陶瓷的开发也越来越引起研究者们的重视，低密度陶瓷在隔热材料，阻燃材料，吸附分离等领域有着广阔的应用前景。
而目前高孔隙率的多孔陶瓷主要是通过模板法与溶胶凝胶法结合的方法制得，能够得到孔隙率在90％以上的泡沫陶瓷。使用的模板多为高分子泡沫材料，在后续的处理中需要通过化学处理或者高温烧结除去模板，容易造成污染和浪费。
发明内容：
本发明提供了一种石墨烯复合多孔氧化硅陶瓷的制备方法，由石墨烯泡沫和氧化硅粒子组成，氧化硅由硅酸酯水解得到，石墨烯泡沫由氧化石墨烯经过化学交联和还原得到，石墨烯的质量含量为0.05％-5％，氧化硅的质量含量为95％-99.95％，氧化石墨烯在溶剂热的过程中，形成三维网络结构，浸渍于硅酸酯前驱体溶液中，硅酸酯水解形成氧化硅纳米粒子附着在石墨烯片层表面，经过高温退火处理，氧化石墨烯进一步还原，同时氧化硅粒子烧结成型，形成石墨烯复合多孔氧化硅陶瓷。
具体步骤如下：
(1)将氧化石墨烯粉末加入到蒸馏水、有机溶剂或它们的混合物中，搅拌得到氧化石墨烯分散液；
(2)将氧化石墨烯分散液中倒入反应釜中，进行溶剂热反应，在高温高压的条件下，氧化石墨烯交联形成网络结构，再经过冷冻干燥制备得到石墨烯泡沫；
(3)配置前驱体溶液，将硅酸酯，水，催化剂加入到乙醇溶剂中；
(4)将石墨烯泡沫真空浸渍在前驱体溶液之中，加热促进硅酸酯水解聚合，使用清水清洗产物数次，烘干样品；
(5)重复步骤(4)可以调节氧化硅的负载量；
(6)高温退火处理，烧结氧化硅的同时还原氧化石墨烯，提高复合材料的力学强度，得到石墨烯复合多孔氧化硅陶瓷。
作为优选，配置氧化石墨烯分散液时所述有机溶剂选自甲醇、乙醇、乙二醇、正丙醇、异丙醇、正丁醇、异丁醇、叔丁醇、N,N-二甲基甲酰胺、四氢呋喃和丙酮中的一种或两种以上任意比例的混合物。
作为优选，用于制备所述氧化石墨烯分散液的氧化石墨烯为单层氧化石墨烯或少层(2-10层)氧化石墨烯；所述氧化石墨烯分散液中氧化石墨烯的浓度为0.1mg/mL-10mg/mL。
作为优选，所述溶剂热反应温度为80℃-200℃，反应时间为6h-24h。
作为优选，前驱体溶液中所述硅酸酯为硅酸甲酯，硅酸乙酯，硅酸丙酯，硅酸丁酯的一种或两种以上任意比例的混合物。
作为优选，前驱体溶液中所述催化剂为盐酸，硫酸，冰乙酸，氯化钙，氨水，水合肼的一种或两种以上任意比例的混合物。
作为优选，前驱体溶液中，硅酸酯与乙醇的体积比范围为1:1至1:5，水与乙醇的体积比范围为1:2至1:10，催化剂与乙醇的体积比范围为1:10至1:100。
作为优选，加热促进硅酸酯水解聚合时的温度为40-100℃，优选60℃，加热时间1-24h。
作为优选，所述高温退火过程在氩气，氮气等惰性气氛中进行，升温速率1-50℃/min，烧结温度为800-2000℃，保温时间为1-24h。
作为优选，所制得石墨烯复合多孔氧化硅陶瓷的孔隙率在90％-99％，密度在0.02-0.2g cm-3。
作为优选，所制得石墨烯复合多孔氧化硅陶瓷的电导率在10-5-10-2S/m。
本发明的有益效果在于：本发明的多孔陶瓷由石墨烯泡沫和氧化硅粒子组成，氧化硅由硅酸酯水解得到，石墨烯泡沫由氧化石墨烯经过化学交联和还原得到，石墨烯的质量含量为0.05％-5％，氧化硅的质量含量为95％-99.95％，氧化石墨烯在溶剂热的过程中，形成三维网络结构，浸渍于硅酸酯前驱体溶液中，硅酸酯水解形成氧化硅纳米粒子附着在石墨烯片层表面，经过高温退火处理，氧化石墨烯进一步还原，同时氧化硅粒子烧结成型，形成石墨烯复合多孔氧化硅陶瓷；
本发明以石墨烯泡沫为模板，通过溶胶凝胶法在石墨烯片层上原位生成二氧化硅纳米片层结构，制备了以二氧化硅-石墨烯-二氧化硅夹层结构为构筑单元的石墨烯复合氧化硅多孔陶瓷，孔隙率在90％以上，石墨烯泡沫结构为二氧化硅的生长提供模板和支撑，这种新型的石墨烯复合氧化硅多孔陶瓷由于其独特的形貌和性质，在催化，吸附分离，阻燃等领域具有广阔的应用前景。
附图说明：
图1为本发明中石墨烯泡沫的扫描电镜图；
图2为本发明中石墨烯复合多孔氧化硅陶瓷的扫描电镜图。
具体实施方式：
结合附图对本发明的一种石墨烯复合多孔氧化硅陶瓷的制备方法，做进一步说明。
实施例1：
将氧化石墨烯的乙醇溶液配置成1.5mg ml-1，加入反应釜之中，溶剂热反应温度和时间为180℃ 12h，将溶剂置换成水，使用液氮进行冷冻，再使用冷冻干燥机进行冻干，除去水分，得到石墨烯泡沫。前驱体溶液配置：烧杯中依次加入36ml乙醇，18ml正硅酸乙酯，9ml水和1.8ml氨水，搅拌溶解。将石墨烯泡沫真空浸入前驱体溶液中，而后60℃加热3小时使前驱体充分溶胶化，使用蒸馏水对产物进行反复清洗，而后75℃烘干，最后使用管式炉对样品进行退火处理，1000℃ 2h，氩气气氛保护，得到产物石墨烯复合多孔氧化硅陶瓷，孔隙率大于95％
实施例2：
将氧化石墨烯的水溶液配置成0.3mg ml-1，加入反应釜之中，溶剂热反应温度和时间为150℃ 10h，使用液氮进行冷冻，再使用冷冻干燥机进行冻干，除去水分，得到石墨烯泡沫。前驱体溶液配置：烧杯中依次加入36ml乙醇，15ml正硅酸丙酯，9ml水和1ml盐酸，搅拌溶解。将石墨烯泡沫真空浸入前驱体溶液中，而后60℃加热5小时使前驱体充分溶胶化，使用蒸馏水对产物进行反复清洗，而后80℃烘干，之后再次浸渍于上述前驱体溶液，再经过加热溶胶，清洗和烘干。最后使用管式炉对样品进行退火处理，1000℃ 2h，氩气气氛保护，得到产物石墨烯复合多孔氧化硅陶瓷，孔隙率大于92％。
实施例3：
将氧化石墨烯的异丙醇溶液配置成0.5mg ml-1，加入反应釜之中，溶剂热反应温度和时间为180℃ 12h，将溶剂置换成水，使用液氮进行冷冻，再使用冷冻干燥机进行冻干，除去水分，得到石墨烯泡沫。前驱体溶液配置：烧杯中依次加入40ml乙醇，20ml正硅酸丁酯，12ml水和1ml冰醋酸，搅拌溶解。将三维石墨烯泡沫真空浸入前驱体溶液中，而后60℃加热3小时使前驱体充分溶胶化，使用蒸馏水对产物进行反复清洗，而后80℃烘干，最后使用管式炉对样品进行退火处理，1200℃ 2h，氮气气氛保护，得到产物石墨烯复合多孔氧化硅陶瓷，孔隙率大于96％。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
Claims (8)
1.一种石墨烯复合多孔氧化硅陶瓷的制备方法，其特征在于，包括有以下步骤：
S1、将氧化石墨烯粉末加入到蒸馏水、有机溶剂或它们的混合物中，搅拌得到氧化石墨烯分散液；
S2、将氧化石墨烯分散液中倒入反应釜中，进行溶剂热反应，在高温高压的条件下，氧化石墨烯交联形成网络结构，再经过冷冻干燥制备得到石墨烯泡沫；
S3、配置前驱体溶液，将硅酸酯，水，催化剂加入到乙醇溶剂中；
S4、将石墨烯泡沫真空浸渍在前驱体溶液之中，加热促进硅酸酯水解聚合，使用清水清洗产物数次，烘干样品；
S5、重复步骤S4可以调节氧化硅的负载量；
S6、高温退火处理，烧结氧化硅的同时还原氧化石墨烯，提高复合材料的力学强度，得到石墨烯复合多孔氧化硅陶瓷。
2.根据权利要求1所述的一种石墨烯复合多孔氧化硅陶瓷的制备方法，其特征在于：步骤S1中的有机溶剂选自甲醇、乙醇、乙二醇、正丙醇、异丙醇、正丁醇、异丁醇、叔丁醇、N,N-二甲基甲酰胺、四氢呋喃和丙酮中的一种或两种以上任意比例的混合物。
3.根据权利要求1所述的一种石墨烯复合多孔氧化硅陶瓷的制备方法，其特征在于：步骤S1中的氧化石墨烯粉末为单层氧化石墨烯或2-10层的氧化石墨烯；所述氧化石墨烯分散液中氧化石墨烯的浓度为0.1mg/mL-10mg/mL。
4.根据权利要求1所述的一种石墨烯复合多孔氧化硅陶瓷的制备方法，其特征在于：步骤S2中溶剂热反应的温度为80℃-200℃，反应时间为6h-24h。
5.根据权利要求1所述的一种石墨烯复合多孔氧化硅陶瓷的制备方法，其特征在于：步骤S3中硅酸酯为硅酸甲酯、硅酸乙酯、硅酸丙酯和硅酸丁酯的一种或两种以上任意比例的混合物；催化剂为盐酸、硫酸、冰乙酸、氯化钙、氨水和水合肼的一种或两种以上任意比例的混合物；硅酸酯与乙醇的体积比为1:1-1:5，水与乙醇的体积比为1:2-1:10，催化剂与乙醇的体积比为1:10-1:100。
6.根据权利要求1所述的一种石墨烯复合多孔氧化硅陶瓷的制备方法，其特征在于：步骤S4中加热温度为40℃-100℃，加热时间1h-24h。
7.根据权利要求1所述的一种石墨烯复合多孔氧化硅陶瓷的制备方法，其特征在于：步骤S6的高温退火过程在惰性气氛中进行，升温速率1-50℃/min，烧结温度为800℃-2000℃，保温时间为1h-24h。
8.根据权利要求1所述的一种石墨烯复合多孔氧化硅陶瓷的制备方法，其特征在于：所制得石墨烯复合多孔氧化硅陶瓷的孔隙率为90％-99％，密度为0.02g/cm3-0.2g/cm3，电导率为10-5-10-2S/m。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202211464700.7A CN116063099A (zh) | 2022-11-22 | 2022-11-22 | 一种石墨烯复合多孔氧化硅陶瓷的制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202211464700.7A CN116063099A (zh) | 2022-11-22 | 2022-11-22 | 一种石墨烯复合多孔氧化硅陶瓷的制备方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN116063099A true CN116063099A (zh) | 2023-05-05 |
Family
ID=86182845
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202211464700.7A Pending CN116063099A (zh) | 2022-11-22 | 2022-11-22 | 一种石墨烯复合多孔氧化硅陶瓷的制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN116063099A (zh) |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2016037565A1 (zh) * | 2014-09-11 | 2016-03-17 | 中国科学院上海应用物理研究所 | 石墨烯水凝胶、气凝胶、其制备方法及应用 |
| CN108083262A (zh) * | 2018-02-01 | 2018-05-29 | 济南大学 | 一种还原氧化石墨烯-二氧化硅块体气凝胶的制备方法 |
| CN112536004A (zh) * | 2020-12-03 | 2021-03-23 | 航天特种材料及工艺技术研究所 | 一种耐高温弹性石墨烯气凝胶材料及其制备方法 |
-
2022
- 2022-11-22 CN CN202211464700.7A patent/CN116063099A/zh active Pending
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2016037565A1 (zh) * | 2014-09-11 | 2016-03-17 | 中国科学院上海应用物理研究所 | 石墨烯水凝胶、气凝胶、其制备方法及应用 |
| CN108083262A (zh) * | 2018-02-01 | 2018-05-29 | 济南大学 | 一种还原氧化石墨烯-二氧化硅块体气凝胶的制备方法 |
| CN112536004A (zh) * | 2020-12-03 | 2021-03-23 | 航天特种材料及工艺技术研究所 | 一种耐高温弹性石墨烯气凝胶材料及其制备方法 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| 贾德民等主编: "《新型材料科学与技术 高分子材料卷 下册》", 31 December 2021, 华南理工大学出版社, pages: 1691 * |
| 鲍婕作: "《石墨烯材料在半导体中的应用》", 30 June 2021, 西安电子科学技术大学出版社, pages: 24 - 25 * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Hayase et al. | The thermal conductivity of polymethylsilsesquioxane aerogels and xerogels with varied pore sizes for practical application as thermal superinsulators | |
| US10829380B2 (en) | Silica aerogel blanket for ultra-high temperature, method for producing same, and method for constructing same | |
| CN109627006B (zh) | 一种大尺寸碳化硅气凝胶及其制备方法 | |
| EP3354620A1 (en) | Aerogel blanket for ultra-high temperatures, method for manufacturing same and construction method thereof | |
| CN111392734A (zh) | 一种可调控亲疏水性的块体二氧化硅气凝胶及其制备方法 | |
| Yu et al. | Study on particle-stabilized Si3N4 ceramic foams | |
| CN113135732B (zh) | 一种短切玻璃纤维二氧化硅气凝胶复合材料及其制备方法 | |
| CN113683387B (zh) | 疏水阻燃二氧化硅气凝胶陶瓷纤维毡及其制备方法 | |
| CN110898772B (zh) | 复合有机气凝胶的制备方法及其用途 | |
| CN112135795B (zh) | 气凝胶毡的制造方法 | |
| CN110822816B (zh) | 一种倍半硅氧烷气凝胶的常压干燥方法 | |
| CN112125311A (zh) | 一种疏水气凝胶粉体及其快速制备方法 | |
| CN111039295A (zh) | 一步法制备二氧化硅气凝胶以及自疏水型二氧化硅气凝胶保温毡垫的方法 | |
| CN107043224A (zh) | 一种泡沫玻璃‑SiO2气凝胶的制备方法 | |
| CN111560172B (zh) | 一种生物质纤维增强有机硅气凝胶复合材料及其制备方法与应用 | |
| CN114394612B (zh) | 一种耐高温、低密度氧化铝纳米棒气凝胶及其制备方法 | |
| CN112794705A (zh) | 一种基于石墨烯为模版制备超弹性氧化硅纳米陶瓷气凝胶的方法 | |
| CN114247388A (zh) | 一种高比表面积铝酸锌和铝酸镁气凝胶制备方法 | |
| CN116063099A (zh) | 一种石墨烯复合多孔氧化硅陶瓷的制备方法 | |
| CN113929470A (zh) | 纳米阵列定向排布的各向异性多孔氮化硅陶瓷及气凝胶的制备方法 | |
| CN110330021B (zh) | 一种超低密度气凝胶材料及其制备方法和应用 | |
| CN114132940B (zh) | 一种超轻耐高温块状莫来石气凝胶的制备方法 | |
| CN112573528B (zh) | 一种高透明、高机械强度气凝胶的制备方法 | |
| CN112142057B (zh) | 一种气凝胶及其基于恒温恒湿干燥的制备方法 | |
| CN110818383A (zh) | m-HNTs-三氧化二铝-二氧化硅复合气凝胶及其制备方法和应用 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination |