[发明专利]一种石墨烯基复合材料及其制备方法、应用

说明书

一种石墨烯基复合材料及其制备方法、应用，涉及建筑功能材料技术领域。一种石墨烯基复合材料的制备方法，其包括：将包含有石墨烯、硅酸铝、氧化镁和水的混合液调节pH值至10～13，在密封条件下将温度升高至120～130℃进行复合反应，经脱水、干燥得到石墨烯基复合材料。利用该制备方法制得的石墨烯基复合材料用于混凝土或石膏中，由于具有片状结构和高强韧性，能够增大活性效应物质与混凝土、石膏中胶骨料之间的接触面积。活性晶核与混凝土、石膏的凝胶物质进行有效的水化反应，得到水化硅酸钙等物质，能改善混凝土或石膏的胶骨料之间界面晶格缺陷，达到抗压强度、抗折强度、换热性能等综合性能的提升目的。

技术领域

本发明涉及建筑功能材料技术领域，且特别涉及一种石墨烯基复合材料及其制备方法、应用。

背景技术

在城市建设方面，发展绿色高性能混凝土、石膏等复合材料，符合可持续发展的要求。混凝土是由水泥、碎石或卵石、砂和水拌合，经硬化而成的一种人造石材。混凝土的强度性能受多种因素影响，混凝土内部容易产生裂纹和不良的晶格界面等问题会对混凝土的强度有影响。为此，改善晶格结构，提高混凝土综合性能，发展高性能混凝土复合材料尤为重要。

发明内容

本申请实施例的目的在于提供一种石墨烯基复合材料及其制备方法、应用，利用该制备方法制得的石墨烯基复合材料用于混凝土或石膏中，能够改善混凝土或石膏的强度。

本申请实施例解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。

第一方面，本申请实施例提出一种石墨烯基复合材料的制备方法，其包括：将包含有石墨烯、硅酸铝、氧化镁和水的混合液调节pH值至10～13，在密封条件下将温度升高至120～130℃进行复合反应，反应后进行脱水得到湿料饼和母液水，将湿料饼进行干燥。

本申请实施例的石墨烯基复合材料的制备方法中，氧化镁中含有碳酸镁杂质，在pH值为10～13且温度为120～130℃的条件下，碳酸镁水解产生碳酸氢镁，然后分解生成CO₂。氧化镁与水和CO₂反应生成碱式碳酸镁或氢氧化镁，由于硅酸铝具有火山灰活性，因而能够与氢氧化镁进行水化反应生成硅酸镁铝，硅酸镁铝及硅酸铝中的SiO₂、Al₂O₃活性效应物质在石墨烯空穴电位吸附形成晶核晶种。其中，硅酸镁铝可以作为混凝土的防沉剂，石墨烯由于具有二维片状结构和高强韧性，故经石墨烯复合的晶核，能够增大活性效应物质与混凝土、石膏中胶骨料之间的接触面积，活性晶核与混凝土、石膏的凝胶物质进行有效水化反应，得到3CaO·SiO₂、2CaO.SiO₂、3CaO·Al₂O₃、4CaO·Al₂O₃·Fe₂O₃等物质，以及石墨烯基复合材料的强度和韧性，能够改善混凝土或石膏的胶骨料之间界面晶格的缝隙孔洞缺陷，达到抗压强度、抗折强度、换热性能等综合性能提升的目的。

在一种可能的实施方案中，石墨烯与水的质量比为1:10000～100000；硅酸铝与水的质量比为1:2～3；氧化镁和水的质量比为1:20～25。

经发明人研究发现，该比例下的石墨烯、硅酸铝、氧化镁(含有碳酸镁杂质)和水进行反应得到的石墨烯基复合材料具有较好的活性效果，从而能够更好地提升混凝土、石膏的强度。示例性地，本申请实施例中的水为软水，软水中的杂质较少，能够减少其对石墨烯基复合材料的活性效果的影响，同时避免有害组分影响混凝土的性能。

在一种可能的实施方案中，氧化镁与硅酸铝的质量比为1:6～12。

经申请人研究发现，该比例下的氧化镁和硅酸铝参与反应，最终得到的石墨烯基复合材料既具有较好的活性效果，能够提高混凝土和石膏掺和物的流动性，又能够减少混凝土、石膏等制品的凝固体积收缩和离析等问题。