[发明专利]一种石墨烯复合海绵制备及其性能测试方法

说明书

本发明提供了化学领域内的一种石墨烯复合海绵制备及其性能测试方法，包括以下步骤，（1）准备实验材料和仪器；（2）制备石墨烯‑碳化纤维复合海绵；（3）制备氮掺杂石墨烯‑碳化纤维复合海绵；（4）制备石墨烯‑石墨烯纳米带复合海绵；（5）将步骤（2）‑（4）制备出来的复合海绵进行性能测试,性能测试包括压缩性能测试、电化学性能测试和电磁波吸收性能测试；本发明有利于提高石墨烯海绵的强度。

技术领域

本发明属于化学领域，特别涉及一种石墨烯复合海绵制备及其性能测试方法。

背景技术

石墨烯是由碳原子之间以 sp2杂化方式相互连接形成的二维平面材料，单层的石墨烯只有一个碳原子层厚度，是已知的最薄材料。自从 2004 年石墨烯以机械剥离的方式被制备出来以后，石墨烯的研究已经成为材料领域的热点。

石墨烯独特的结构，使其拥有一系列优异的物理、化学及机械性能。石墨烯的载流子迁移率高达 250,000 cm2 V^-1 s^-1，在室温下热导率约为5300 W m^-1 K^-1，还拥有超高的比表面积，理论值约为 2630 m² g^-1，石墨烯几乎不吸光，其透光率高达 97.3%，此外单层石墨烯的杨氏模量能够达到 1.0 TPa，强度比钢还要高。这些优异的性能使得石墨烯能够应用在电子器件、传感器、制动器、催化剂、生物材料、能源材料等领域中。然而，由于石墨烯分子之间存在着较强的 π-π 作用力及范德华力，二维的石墨烯纳米片之间极易因吸附团聚而重新回到石墨相，严重影响石墨烯的性质。因此，要充分发挥并利用石墨烯的性能并将其应用到实际领域中，需要将其组装成宏观体。

三维物体操作容易、使用简便，同时也是结构最多的一种宏观体，将二维的石墨烯片组装成具有三维立体结构的宏观体，即石墨烯海绵，是将石墨烯应用在实际领域中的有效途径，亦是石墨烯研究领域中的重要分支。

目前，石墨烯海绵已经成为石墨烯研究领域的一个热点。现有技术中，制备出的石墨烯海绵性能各有不同，不用的石墨烯海绵应用于不同的领域，制备出的石墨烯海绵强度较低。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的在于克服上述现有技术中的不足之处，提供一种石墨烯复合海绵制备及其性能测试方法，本发明有利于提高石墨烯海绵的强度。

本发明的目的是这样实现的：一种石墨烯复合海绵制备及其性能测试方法，包括以下步骤：

（1）准备实验材料和仪器；

（2）制备石墨烯-碳化纤维复合海绵，具体包括以下步骤：

（201）废弃的香烟头洗涤干净、烘干后浸泡在氧化石墨烯溶液中，取出晾干；

（202）随后将其放入管式炉中以每分钟 5 ℃ 的升温速率升至 900 ℃，加热两小时；

（3）制备氮掺杂石墨烯-碳化纤维复合海绵，具体包括以下步骤：

（301）将天然棉花洗涤干净、烘干，在模具中与尿素溶液混合均匀，冷冻干燥得到棉花-尿素块状体；

（302）将该块状体在管式炉中，以每分钟 1 ℃的速率升温至 600℃，加热 1 h 后继续以该速率升温至 900℃再加热 1 h，冷却至室温得到氮掺杂石墨烯-碳化纤维复合海绵；

（4）制备石墨烯-石墨烯纳米带复合海绵，具体包括以下步骤：

（401）将氧化石墨烯和氧化石墨烯纳米带以质量比为 1:1 的比例混合在去离子水中，配置成相应的浓度；

（402）将溶液置于烧杯（或任意形状的容器中）中，在冷冻干燥机的冷井中冷冻24 h 以上，随后抽真空冷冻干燥 48 h；