[发明专利]一种任意形状三维石墨烯及其制备方法和应用

权利要求书

1.一种任意形状三维石墨烯体系，其特征在于，所述三维石墨烯体系为氧化石墨烯凝胶、还原氧化石墨烯凝胶、氧化石墨烯气凝胶、还原氧化石墨烯气凝胶、热处理石墨烯气凝胶中的一种或多种，所述三维石墨烯体系呈现任意简单或复杂形貌，所述三维石墨烯中石墨烯含量为20-150mg/cm³。

2.根据权利要求1所述的三维石墨烯体系的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）通过石墨氧化及剥离的方法制备氧化石墨烯分散液，将氧化石墨烯分散液浓缩，使其浓度达到30-150mg/ml，所得氧化石墨烯分散液具有较高的粘度，可制备成任意简单或复杂的形状的组装物，并保持形状不变，得到氧化石墨烯凝胶；

（2）将所述氧化石墨烯凝胶通过化学还原剂还原获得还原氧化石墨烯凝胶；

（3）通过冷冻干燥或超临界干燥处理步骤（1）或（2）得到的产物，获得氧化石墨烯气凝胶或还原氧化石墨烯气凝胶，进一步通过300-3000℃温度处理氧化石墨烯气凝胶或还原氧化石墨烯气凝胶获得热处理石墨烯气凝胶。

3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤（1）中，所述氧化石墨烯分散液的制备方法为：通过超声分散、细胞破碎仪、机械搅拌、高压均质机等方法在溶剂中剥离获得片层厚度为1-10层碳原子的氧化石墨烯分散液，其浓度0.01-20mg/ml；所述的溶剂选自水、丙酮、乙醇、甲醇、丙醇、异丙醇、叔丁醇、乙二醇、DMSO、DMF、THF、吡啶中的一种或几种。

4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤（1）中，通过室温挥发、加热搅拌、真空干燥等可使溶剂挥发的方法，或者离心等方法将氧化石墨烯溶液浓缩到30-150mg/ml。

5.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤（1）中，通过3D打印，手工捏制或模具将高粘度氧化石墨烯浆料制备成各种不同形状氧化石墨烯凝胶。

6.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤（2）中，通过化学还原剂如水合肼蒸汽、碘化氢蒸汽等还原性试剂蒸汽对氧化石墨烯凝胶进行还原，获得还原氧化石墨烯凝胶。

7.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤（3）中，通过冰箱、干冰或液氮等冷源进行冷冻，然后通过冷冻干燥机去除溶剂或超临界干燥处理去除溶剂获得氧化石墨烯气凝胶或还原氧化石墨烯气凝胶，所得气凝胶可保持凝胶原始形貌。

8.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤（3）中，在50-300℃时采用2℃/min的加热升温速率，在300-1200℃时采用20℃/min的加热升温速率，在1200-3000℃时采用10℃/min的加热升温速率，对氧化石墨烯气凝胶或还原氧化石墨烯气凝胶进行300-3000℃温度处理，然后冷却获得任意简单或复杂形貌热处理石墨烯气凝胶。

9.权利要求1所述的三维石墨烯体系在储能、传感方面的应用。

10.权利要求2-8中所述的制备方法制备得到的三维石墨烯体系在储能、传感方面的应用。