[发明专利]一种新型的石墨烯/碳管/石墨烯复合材料、以及其制备方法和应用

权利要求书

1.一种新型的石墨烯/碳管/石墨烯复合材料，其特征在于，所述石墨烯/碳管/石墨烯复合材料包括碳管、以及沉积在所述碳管的内外表面上的石墨烯，石墨烯与碳管之间的结合为化学键连接，所述碳管的内径为50 nm-100 μm ，外径为55 nm-200 μm，石墨烯的层数为1-20层。

2.根据权利要求1所述的石墨烯/碳管/石墨烯复合材料，其特征在于，所述石墨烯/碳管/石墨烯复合材料的比表面积为10-2000 m²/g，电导率为0.001-500 S/cm，热导率为10-500 W/mK。

3.一种权利要求1或2所述石墨烯/碳管/石墨烯复合材料的制备方法，其特征在于，包括： 1）将洗净的天然生物质进行高温碳化形成中空管状且管壁具有微孔的碳管，其中，天然生物质材料的组成包括木质素、纤维素和/或半纤维素；

2）在步骤1）中的天然生物质是在有/无催化剂、有/无含碳载气下高温碳化，形成中空管状碳管，管壁具有丰富的孔结构；

3）在步骤1）制备的碳管上，采用化学气相沉积法，生长石墨烯。

4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，天然生物质在氢氩混合气中进行碳化，碳化温度为在400-1200℃，碳化时间为10分钟-12小时。

5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述碳化时间为1小时-12小时。

6.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，使用过渡金属Ni、Co、Cu中的至少一种、或者陶瓷材料SiO₂、Al₂O₃、SiC中的至少一种作为催化剂，催化辅助生长石墨烯，高温碳化在含碳载气中进行，其中含碳载气包括烃类、醇类和/或CCl₄气体。

7.根据权利要求3-6中任一所述的制备方法，其特征在于，所述的化学气相沉积包括：

(a) 将碳管置于气密性良好的装置中，导入保护气体，其中，保护气体流量在100-1000 sccm；

(b) 将碳管进行程序升温，升温速率在2-20℃/分钟，加热至反应温度400-1600℃，保温时间在1-60分钟；

(c) 向装置导入碳源、还原气体和保护气体，气体流量为1-500 sccm，反应时间在1-480分钟；

(d) 反应完毕后，控制降温速率为1-60℃/分钟，冷却至室温。

8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，碳源包括甲烷、乙烯、乙炔、乙醇、乙烷、丙烷中的至少一种；采用的保护气包括氮气、氩气、氦气中的至少一种；还原气体为氢气。

9.一种包括权利要求1或2所述的石墨烯/碳管/石墨烯复合材料的复合相变储能材料，其特征在于，所述复合相变储能材料通过在所述石墨烯/碳管/石墨烯复合材料中填充相变储能材料制备得到，其中，所述相变储能材料包括硬脂酸、软脂酸、正十四烷、正十五烷、伍德合金和/或油酸。

10.根据权利要求9所述的复合相变储能材料，其特征在于，所述石墨烯/碳管/石墨烯复合材料经高温石墨化和/或辊压处理后填充所述相变储能材料。

11.一种权利要求9或10所述复合相变储能材料的制备方法，其特征在于，包括：

将相储能变材料放入80-200℃的烘箱中融化；

称取一定质量的石墨烯/碳管/石墨烯复合材料压片，再把其浸入融化的相变储能材料中，保温2-12小时；

再将石墨烯/碳管/相变储能复合材料从烘箱中取出；

用砂纸打磨均匀，得到规整的复合相变储能材料。

12.一种包括权利要求1或2所述石墨烯/碳管/石墨烯复合材料的复合电极，其特征在于，所述石墨烯/碳管/石墨烯复合材料负载超级电容器和/或锂离子电池的电极材料形成复合电极，其中，

负载超级电容器的电极材料包括氧化镍、氧化锰、高分子聚合物聚苯胺、聚吡咯和/或聚噻吩；

负载锂离子电池的正极材料包括磷酸铁锂、锰酸锂、钴酸锂中的至少一种以及它们的二元/三元正极材料；

负载锂离子电池的负极材料包括钛酸锂、硅、锡、氧化锡中的至少一种。