[发明专利]一种石墨烯/丝瓜络杂化气凝胶的制备方法

说明书

本发明公开了一种石墨烯/丝瓜络杂化气凝胶的制备方法，包括下步骤：将丝瓜络纤维先后在碱性溶液和氧化剂中进行预处理，然后浸入氧化石墨烯分散液中，加热，同时经辐照处理，使氧化石墨烯分散液在釜内高温高压的环境下进入丝瓜络纤维内部密集平行排列的微米孔道内，得到石墨烯/丝瓜络杂化水凝胶；超临界干燥或冷冻干燥即得。所得杂化气凝胶的导电能力比传统杂化气凝胶高1～3个数量级，而且强度高、柔韧性好，生产操作简便、成本低和易于结构调控，有望成为大规模生产高性能气凝胶的通用方法。

技术领域

本发明属于化学合成领域，具体为一种石墨烯/丝瓜络杂化气凝胶的制备方法。

背景技术

石墨烯是一种由碳原子以sp²杂化连接形成的具有六方晶格结构的单原子层二维晶体，碳原子规整地排列于蜂窝状点阵结构单元之中。石墨烯特殊的原子结构使其具有很多独特的性能：其抗张强度达到130GPa，弹性模量达到1.1TPa，硬度达到4.5×10⁸NmKg^-1，为钢材的几十倍，是已知材料中强度和硬度最高的材料。它具有极大的比表面积，单层石墨烯的比表面积高达2.6×10³m²g^-1；室温下，其载流子在SiO₂衬底上的迁移率为10⁴m²v^-1s^-1，电导率为10⁴S/cm，是室温下导电性最好的材料；其室温热导率在4.40×10³Wm^-1k^-1～5.78×10³Wm^-1k^-1范围内，是迄今为止导热率最高的材料。石墨烯还具有良好的气体阻隔性，用其制成的薄膜可阻隔最小的气体分子氦气的通过。此外，由于其锯齿形的边缘拥有孤对电子，使其具有潜在的磁性能，如磁开关和铁磁性等。将二维的石墨烯构建成为三维的石墨烯宏观材料，在保证石墨烯的优异性质不被破坏的条件下，使石墨烯能够真正应用到工业生产中，具有实际用途的一个重要方法和途径。其中，作为三维石墨烯宏观材料代表的石墨烯气凝胶不仅能保留石墨烯巨大的比表面积和优异的各项性能，还能同时具有气凝胶独特的多孔性，超低的密度，超高导电性等性能，因此，石墨烯气凝胶引起了研究人员的极大重视并开始被广泛地应用到了能量转换与存储，高性能催化剂载体，环境保护与净化，生物材料与生物技术等领域。

丝瓜为葫芦科丝瓜属一年生攀缘性草本植物，作为一种新兴的经济作物，在国内外热带、亚热带地区均有广泛种植。丝瓜络是成熟丝瓜果实除去外皮和种子后获得的纤维质网状结构的天然维管束组织，又名丝瓜海绵、植物海绵。近年来，随着科技的发展，丝瓜络经科学开发，已悄然成为一种新型的天然工业材料，在包装、消声、过滤、保温、减震和抗冲击缓冲器等工程领域获得应用。

本发明所提出的石墨烯/丝瓜络杂化气凝胶，结合了石墨烯的光电特点、丝瓜络纤维的高强度高韧性特点和气凝胶的轻质多孔特点，将在能源，光、电子器件，纳米机械的零部件，晶体管，整流器，发光二极管，生物传感器，分子器件，双电层电容材料，电磁屏蔽，隐身技术、生命科学、催化领域、吸附与分离、高温隔热防护等方面得到广泛的应用。

发明内容

为解决现有技术存在的石墨烯气凝胶导电性低、力学强度和韧性差的缺陷，提供一种石墨烯/丝瓜络杂化气凝胶的制备方法。

一种石墨烯/丝瓜络杂化气凝胶的制备方法，包括以下步骤：