[发明专利]一种高密度多重石墨烯凝胶材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于高性能材料领域，涉及一种高密度多重石墨烯凝胶的制备方法。

背景技术

在石墨烯导电复合物方面，Stankvoich等人在2006年报道了水合肼还原聚苯乙烯复合的氧化石墨烯，复合材料表现出了0.1％(体积分数)的逾渗阈值，这是报道的二维纳米复合材料中最低的数值。在体积分数1％时，电导率达到0.1S m^-1(S.Stankovich,D.A.Dikin,G.H.B.Dommett,K.M.Kohlhaas,E.J.Zimney,E.A.Stach,R.D.Piner,S.T.Nguyen,R.S.Ruoff,Graphene based composite materials,Nature,2006,442,7100,282)。

石墨烯的形态的繁多，合成技术的可控性较为局限。纵观传统的石墨烯合成技术，其剥落或生长过程存在随机性，制备出来的石墨烯形状，尺寸各异，层数也难以控制。石墨烯器件的制造大部分是随机地沉积石墨烯薄膜获得的，只有极少数的特定的石墨烯样品可以达到接近理想的导电性且可以无损耗地传递电流，这种局限性极大地地阻碍了石墨烯的基础性研究和实际应用。然而，石墨烯凝胶更为轻便，让石墨烯的应用范围变得更加广泛，凝胶拥有低密度，大的开放孔以及大的比表面积的特性，使得凝胶在电储能(R.P.Maloney,H.J.Kim,J.S.Sakamoto,ACS Appl.Mater.Interface 2012,4,2318)和隔热领域(J.Cai,S.Liu,J.Feng,S.Kimura,M.Wada,S.Kuga,L.Zhang,Angew.Chem.2012,124,2118)都有着广泛的应用前景。

石墨烯在近年来由于其优良的导热、导电和机械性能已经引起广泛的关注。然而，当石墨烯变成聚合物以后，它的这些性质只能被部分保留(Y.Gu,Y.Xu,Y.Wang,Graphene-wrapped CoS nanoparticles for high-capacity lithium-ion storage,ACS Appl Mater Interfaces 2013,5,801)。这些都归因于石墨烯片与片之间的强π-π键作用，使其在聚合物上分散性不好，即使有溶剂作用，在溶剂挥发过程中石墨烯片也会发生聚合，并易弯曲变形形成不好的石墨烯纳米结构(M.Chen,T.Tao,L.Zhang,W.Gao,C.Li,Highly conductive and stretchable polymer composites based on graphene/MWCNT network,Chem.Commun.2013,49,1612)。这是直接影响了石墨烯具有很大比表面积的性质，进而影响石墨烯材料的性质。为了克服上述的缺陷，可以尝试将石墨烯片做成3D的结构，比如水凝胶、气凝胶和大孔的片(H.P.Cong,X.C.Ren,P.Wang,S.H.Yu,Macroscopic multifunctional graphene-based hydrogels and aerogels by a metal ion induced self-assembly process,ACS Nano 2012,6,2693)。石墨烯气凝胶于1931年被Kistlerll首次提出，它是一种超低密度、大孔体积、高比表面积的纳米多孔固态材料。这些特征都归因其纳米颗粒相连所构成的三维网状结构。一般来说，气凝胶首先通过溶胶凝胶过程制得湿凝胶，然后经溶剂交换过程除去网络空隙中表面张力较大的溶剂，最后利用特殊干燥法来制得气凝胶。由于气凝胶具有以上独特特征使得它在很多领域都有应用，如Cherenkov探测器、催化剂及其载体、吸附、能量储存、电容器等。

发明内容

发明目的：本发明的目的是提供一种高密度多重石墨烯凝胶的制备方法，其制备简单，容易操作，可以批量生产。该发明改善了现有的石墨烯凝胶的低密度、机械强度差和导电性不高的问题，经过该高密度多重石墨烯凝胶的改进，可以使石墨烯凝胶在密度、机械强度、导电性方面得到很大的提高。

技术方案：为了解决上述的技术问题，本发明提供了一种高密度多重石墨烯凝胶的制备方法，该制备方法包括如下步骤: