一种石墨烯基气凝胶及其制备方法与流程

1.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：

2.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。
3.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。
4.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。


技术实现要素：

5.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。
6.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。
7.本发明采用如下技术方案：
8.一种石墨烯基气凝胶，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。
9.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。
10.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。
11.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。
12.一种石墨烯基气凝胶的制备方法，包括如下步骤：
13.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；
14.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；
15.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；
16.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；
17.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。
18.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。
19.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。
20.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℃。
21.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。
22.本发明的有益效果为：
23.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
24.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；
25.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
26.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。
27.一种石墨烯基气凝胶，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。
28.优选地，所述氧化石墨烯的层数为单层，其粒径为10微米。
29.优选地，所述二氧化硅的粒径为100纳米。
30.优选地，所述溶剂为水和乙醇混合溶液。
31.一种石墨烯基气凝胶的制备方法，包括如下步骤：
32.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；
33.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；
34.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；
35.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；
36.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。
37.优选地，在所述步骤s1、s2、s3中，所述搅拌的线速度为5～10m/s。
38.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。
39.优选地，在所述步骤s4中，所述烘干的温度为60～80℃。
40.优选地，在所述步骤s5中，高温处理环境为氩气环境。
41.实施例1
42.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；
43.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；
44.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；
45.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。
46.实施例2
47.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；
48.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；
49.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；
50.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。
51.实施例3
52.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；
53.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；
54.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；
55.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。
56.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。
57.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。
58.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。