一种石墨烯宏观材料的应用方法
【专利摘要】本发明公开了一种石墨烯宏观材料的应用方法，具体为将石墨烯宏观材料用作吸降噪的吸声材料。该应用方法利用石墨烯宏观材料的泡沫多孔性或薄膜作用，使入射声波能量尽可能无反射地进入吸声材料，并使声能绝大部分被吸收。该应用方法适用于控制、调整室内的混响时间和降低喧闹场所的噪声，以改善室内听闻条件和生活、工作环境。进一步，对所述的石墨烯宏观材料的不同形态加以复合使用，可以同时吸收高、中、低频率的声能，应用范围进一步拓展到交通工具、大型影院和剧场、会议场所、厂矿企业生产车间、室内装潢、军事器械、机械设备、中央空调等吸声降噪应用领域。
【专利说明】一种石墨烯宏观材料的应用方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种石墨烯宏观材料在制备吸降噪的吸声材料中的应用，是一种石墨烯宏观材料的新应用，属于环保技术。
【背景技术】
[0002]现代化工业社会的飞速发展为人们带来舒适便利生活的同时，也带来了一些负面产物。噪声，已经成为破坏人们工作和生活环境质量的污染源之一，不仅严重危害人的听觉系统，使人疲倦、耳聋，而且还会加速建筑物及机械结构的老化，影响设备及仪表的精度和使用寿命。在某些军事领域，噪声更加被看作是作战双方共同的敌人，它不仅降低己方作战武器或装备的使用性能，还会将己方暴露在敌方的攻击范围之内，从而造成重大的军事损失或挫败，例如在潜对抗或者潜艇与水面舰艇的对抗中，情况就是这样。鉴于此，噪声控制一直是各国政府和科技工作者研究的重要问题，目前主要的解决办法之一就是使用吸声材料，这也被看作是一种有效的被动式吸声降噪方法。
[0003]吸声材料按吸声机理可分为多孔吸声材料和共振吸声材料两大类。多孔吸声材料的物理结构特征是材料有大量的表面至内部且互相贯通的敞开孔道，当声波入射到多孔材料时，引起孔隙内的空气振动，由于摩擦和空气的粘滞阻力等因素使得声波衰减，该类材料以吸收中高频声波为主。由于多孔材料的低频吸声性能差，为解决中低频吸声问题，往往采用共振吸声结构，共振吸声材料相当于多个Helmholtz吸声共振器并联而成的共振吸声结构，其吸声频谱以共振频率为中心出现吸收峰。当入射声波频率与材料的固有频率接近时，材料发生共振从而达到减弱入射声波强度的目的。然而，当入射声波频率与材料的固有频率相差较大时，材料对声波的减弱作用较小，吸声性能较低。可见，这种共振吸声结构的吸声系数随频率而变化，吸声性能对入射声波频率的适应性较差。相比之下，多孔吸声材料具有对入射声波频率适应性较强的特点，在实际生活中应用较为广泛。
[0004]传统的多孔吸声材料，如有机和无机纤维材料，由于性脆易断，受潮后吸声性能下降严重等原因，适用范围受到很大的限制。对于吸声金属材料，虽然其性能的确优越，但由于制作成本高，在国内还处于有待进一步发展的地位。多孔吸声材料中只有泡沫类材料的发展处于高速阶段，许多新产品新工艺不断涌现。该类材料的高孔隙率和气孔的立体均匀分布赋予其优良的声学性能，不仅吸声系数高，而且适用频带范围宽。泡沫吸声材料的研究已经涉及到金属材料、有机材料、无机材料和有机无机复合材料，它们各具特色和实用价值。众所周知，金属材料原材料成本高昂，有机材料易燃且气味污染大，无机材料重量大又不耐潮，有机无机复合材料生产工艺复杂。要想进一步提高泡沫材料的综合性能，应当研发新材质的多孔吸声泡沫材料，同时应该结合共振吸声材料的优点，研制出新型的复合结构吸声材料。
【发明内容】
[0005]发明目的:为了克服现有技术中存在的不足，本发明提出一种石墨烯宏观材料在制备吸降噪的吸声材料中的应用，具有质轻、阻燃、耐潮、环保、成本低、吸声频率范围广等优点。
[0006]技术方案:为实现上述目的，本发明采用的技术方案为:
[0007]—种石墨烯宏观材料的应用方法，将石墨烯宏观材料用作吸降噪的吸声材料。
[0008]具体的，所述石墨烯宏观材料的形态包括多孔石墨烯泡沫、石墨烯薄膜
[0009]可以单独将一种形态的石墨烯宏观材料用作吸降噪的吸声材料，也可以将两种以上形态的石墨烯宏观材料进行结构复合后用作吸降噪的吸声材料，以达到同时吸收高、中、低频率噪声能的目的。
[0010]基于所列石墨烯宏观材料的形态，具体来说，单独将多孔石墨烯泡沫用作吸降噪的吸声材料，或者将多孔石墨烯泡沫和石墨烯薄膜进行结构复合后用作吸降噪的吸声材料。基于多孔石墨烯泡沫材料的多孔性能够有效地对噪声进行吸收，基于石墨烯薄膜的作用，能够使声能无反射地进入多孔石墨烯泡沫，使声能绝大部分被吸收。
[0011]有益效果:本发明提供的石墨烯宏观材料的应用方法，相较于现有技术，具有如下有益效果:
[0012]1、该应用方法可适用于控制、调整室内的混响时间和降低喧闹场所的噪声，以改善室内听闻条件和生活、工作环境；进一步，对所述的石墨烯宏观材料的不同形态加以复合使用，可以同时吸收高、中、低频率的声能，应用范围进一步拓展到交通工具、大型影院和剧场、会议场所、厂矿企业生产车间、室内装潢、军事器械、机械设备、中央空调等吸声降噪应用领域；
[0013]2、石墨烯原材料成本低，制备工艺简单，制成的石墨烯泡沫具有质轻、阻燃、耐潮、环保等优点；同时石墨烯泡沫孔径大小、孔隙率均可以加以控制以适应不同频率的入射噪声；因此，将石墨烯泡沫用作吸声降噪材料具有综合性能上的优势；
[0014]3、石墨烯泡沫可以单独用作吸声降噪材料，亦可和石墨烯薄膜材料复合使用，利用石墨烯薄膜的共振吸声性能，以达到同时吸收高、中、低频率的噪声声能的有益效果。
【专利附图】
【附图说明】
[0015]图1为石墨烯泡沫宏观材料的光学照片；
[0016]图2为石墨烯泡沫宏观材料的微观结构的SEM照片；
[0017]图3为石墨烯泡沫宏观材料的吸声系数随频率变化曲线图；
[0018]图4为石墨烯薄膜宏观材料的吸声系数随频率变化曲线图；
[0019]图5为石墨烯泡沫宏观材料和石墨烯薄膜复合结构侧视示意图；
[0020]图6为石墨烯泡沫宏观材料和石墨烯薄膜复合使用时吸声系数随频率变化曲线图。
【具体实施方式】
[0021]下面结合附图对本发明作更进一步的说明。
[0022]一种石墨烯宏观材料的应用方法，将石墨烯宏观材料用作吸降噪的吸声材料。石墨烯宏观材料的光学照片如图1所示，石墨烯宏观材料的微观结构如图2所示。
[0023]本发明中，所使用的石墨烯宏观材料的形态为多孔石墨烯泡沫和石墨烯薄膜。[0024]多孔石墨烯泡沫的制备方法如下:第一种方法:首先采用Hmnmers方法制备浓度为0.01?10.0mg/mL的氧化石墨烯水溶液；然后将此溶液进行低压冷冻干燥，得到多孔氧化石墨烯泡沫；最后在600?1200°C高温和惰性气氛保护条件下把氧化石墨烯泡沫还原为石墨烯泡沫。第二种方法:首先采用Hummers方法制备浓度为0.01?10.0mg/mL的氧化石墨烯水溶液，并用氨水将此溶液pH调为5.0?11.0 ;然后将此溶液置于密封罐中进行水热反应2?48h，温度控制在100?300°C，自然冷却后得到石墨烯水凝胶；最后将石墨烯水凝胶进行低压冷冻干燥，即可得到多孔石墨烯泡沫。
[0025]石墨烯薄膜的制备方法如下:石墨烯薄膜材料制备:首先采用Hmnmers方法制备浓度为0.1?10.0mg/mL的氧化石墨烯溶液，溶剂为水和酒精的混合溶液；然后采用喷涂或者旋涂的方法喷在加热的衬底上形成氧化石墨烯薄膜，加热温度为60?95°C，薄膜厚度依据涂装时间可达I μ m?Icm ;紧接着将氧化石墨烯薄膜置于含有肼的密闭容器中，于60?110°C下保温I?48h，可还原得到石墨烯薄膜；最后将其浸入酒精溶液，即可使得石墨烯薄膜与衬底分离，得到单张石墨烯薄膜。
[0026]下面结合实施例，具体介绍本发明的具体应用。
[0027]实施例1:
[0028]根据国标GBJ88-85《驻波管法吸声系数与声阻抗率测量规范》，测量宏观石墨烯泡沫材料的吸声系数。待测石墨烯泡沫实物如图1所示，厚度为1cm，其微观结构如图2所示，可以看到是由大量的相互连通的孔洞构成的。石墨烯泡沫试件制备和安装要求为:选取表面平整的石墨烯泡沫，截取出形状和面积与驻波管截面相似的试件，必要时试件的侧面与管壁间的缝隙应当采取适当的密封措施。然后将待测石墨烯泡沫试件置于驻波管的一端，声源装置安放于另一端，试件表面应与驻波管轴线相垂直。图3显示的是石墨烯泡沫宏观材料的吸声系数随频率变化曲线图，其中横坐标是入射声源频率，纵坐标是受测材料的吸声系数。可以看到，石墨烯泡沫材料在大于IOOOHz的中高频具有80%以上的吸声系数，而在低频区吸声系数较低。这说明多孔石墨烯泡沫是一种理想的吸声材料。
[0029]实施例2:
[0030]根据实施例1所用测试方法，测量宏观石墨烯薄膜材料的吸声系数，待测石墨烯薄膜实物厚度为0.5_。石墨烯泡沫试件制备和安装要求参照实施例1。图4显示的是石墨烯薄膜宏观材料的吸声系数随频率变化曲线图，其中横坐标是入射声源频率，纵坐标是受测材料的吸声系数。可以看到，石墨烯泡沫材料在低于IOOOHz的中低频具有50%以上的吸声系数，而在高频区吸声系数较低。
[0031]实施例3:
[0032]根据实施例1所用测试方法，测量石墨烯泡沫和石墨烯薄膜材料复合结构的吸声系数。该复合结构采用如下制备过程:首先裁取相同截面大小的石墨烯泡沫和石墨烯薄膜，厚度分别为Icm和0.5mm ;然后将石墨烯泡沫一面打磨平整，用洗耳球吹去碎屑；最后用固化剂将石墨烯薄膜固定在被打磨的石墨烯泡沫的一侧，另一侧垂直于入射声波方向。复合结构测试的示意图如图5所示。其中I是石墨烯泡沫，2是石墨烯薄膜，3为测试声源。图6为石墨烯泡沫和石墨烯薄膜材料复合结构的吸声系数随频率变化曲线图，其中横坐标是入射声源频率，纵坐标是受测材料的吸声系数。可以看到，在中高频区域吸声系数高达90%以上，在中低频区域也能达到65%以上。这说明石墨烯泡沫和石墨烯薄膜材料复合结构的吸声系数相对于单一结构的石墨烯泡沫或者石墨烯薄膜均有所提高。
[0033]以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出:对于本【技术领域】的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
【权利要求】
1.一种石墨烯宏观材料的应用方法，其特征在于:将石墨烯宏观材料用作吸降噪的吸声材料。
2.根据权利要求1所述的石墨烯宏观材料的应用方法，其特征在于:所述石墨烯宏观材料的形态包括多孔石墨烯泡沫、石墨烯薄膜。
3.根据权利要求1所述的石墨烯宏观材料的应用方法，其特征在于:单独将一种形态的石墨烯宏观材料用作吸降噪的吸声材料，或者将两种以上形态的石墨烯宏观材料进行结构复合后用作吸降噪的吸声材料。
4.根据权利要求1所述的石墨烯宏观材料的应用方法，其特征在于:单独将多孔石墨烯泡沫用作吸降噪的吸声材料。
5.根据权利要求1所述的石墨烯宏观材料的应用方法，其特征在于:将多孔石墨烯泡沫和石墨烯薄膜进行结构复合后用作吸降噪的吸声材料。
【文档编号】G10K11/162GK103794204SQ201410052423
【公开日】2014年5月14日 申请日期:2014年2月17日 优先权日:2014年2月17日
【发明者】徐峰, 陈正发, 武和平, 王少志, 王健, 王豪, 孙立涛, 吴幸, 毕恒昌, 尹奎波, 万能, 贺龙兵, 万树, 周奕龙 申请人:东南大学