[发明专利]一种石墨烯泡沫炭复合材料的制备方法

说明书

本发明公开了一种石墨烯泡沫炭复合材料的制备方法。过超声分散使石墨烯和泡沫炭前驱体混合均匀，然后再进行发泡、炭化和石墨化，实现石墨烯在泡沫炭基体中的均匀分散，从而获得具有优良综合性能的泡沫炭复合材料。从而使石墨烯可以均匀的分散在泡沫炭基体中，实现对泡沫炭综合性能的增强。同时本发明制备石墨烯泡沫炭复合材料的方法，具有周期短、工艺简单、成本低、易操作的特点。

技术领域

本发明属于材料制备技术领域，涉及一种石墨烯泡沫炭复合材料的制备方法。

背景技术

进入二十一世纪以来，科学技术和工业制造等领域的快速发展，同时也对材料提出了越来越严苛的要求，许多传统的性能单一的材料已逐渐无法满足日益增长的应用需求，具有多种优良性能的材料逐渐引起人们的广泛关注。泡沫炭是一种具有海绵状泡孔结构的新型碳材料，具有低密度、高强度、高导电、高导热、耐化学腐蚀、减震和吸波等许多特性，这些优异性能使泡沫炭在热交换、吸波降噪、吸附、能量存储和生物医药等领域表现出了广阔的应用前景。然而，目前泡沫炭的性能距实际应用尚存在一定差距，开发新型泡沫炭复合材料，提高其综合性能，是目前泡沫炭材料研究领域的中亟待解决的关键问题。

石墨烯是由单层碳原子组成的二维碳材料，具有十分优异的电性能、力学性能、热传导性能和光学性能。它是已知强度最高的材料之一，其拉伸强度可达130份pa以上；其热传导系数介于3000～5000 W/mK之间；其电阻率只有10^-6Ω·cm，是电阻率最小的材料。因此，如果把石墨烯作为添加剂材料，与泡沫炭材料进行复合，将会发挥两种材料性能上的协同作用，大幅提高泡沫炭基体材料的复合性能，包括力学性能、导电性能和热传导性能等等。

发明内容

本发明的目的在于提供一种石墨烯泡沫炭复合材料的制备方法，解决了现有技术中存在的石墨烯在基体中难以分散和泡沫炭综合性能一般的问题。

为实现上述目的本发明采用以下技术方案：

一种石墨烯泡沫炭复合材料的制备方法，包括如下步骤：

步骤1，石墨烯的制备：

将膨胀石墨加入乙醇溶液中，然后将该混合溶液超声3h～5h，然后放入80℃烘箱中干燥12h，得到薄层石墨烯；

步骤2，制备石墨烯/中间相沥青混合体系：

将步骤1得到的石墨烯与中间相沥青一起溶解在乙醇溶剂中，然后利用超声波石墨烯分散仪使二者均匀混合，获得均匀溶液后置于 80℃烘箱中干燥24h，使乙醇彻底挥发；

步骤3，发泡：

将步骤2得到的石墨烯/中间相沥青混合体系进行12h球磨，然后将得到的粉末样品置于高温高压反应釜中，升温至500℃并保温 3h，通入氮气保护，压力为3MPa，反应结束后自动冷却至室温，得到泡沫炭生料；

步骤4，炭化：

将步骤3得到的泡沫炭生料置于CVD管式炉中，通入氮气保护，加热至1000℃并保温2h，然后自然冷却至室温，得到炭化后的泡沫炭复合材料；

步骤5，石墨化：

将步骤4的到的炭化泡沫炭放入高温石墨化炉中，加热到2300 ℃并保温2h，通N₂气保护，最后冷却至室温，即得到石墨化泡沫炭复合材料。

作为本发明进一步的方案，步骤1中膨胀石墨的按质量份数计为 1份～10份。

作为本发明进一步的方案，步骤2中中间相沥青为煤系中间相沥青，中间相含量≥95％。

作为本发明进一步的方案，步骤2中中间相沥青按质量份数计为 100份～200份。

作为本发明进一步的方案，步骤3中升温速率为2℃/min。