[发明专利]一种基于淀粉发酵原理制作三维多孔碳-石墨烯材料的方法

说明书

一种基于淀粉发酵原理制作三维多孔碳‑石墨烯材料的方法，属于多孔碳材料领域，本发明以淀粉、石墨烯、酵母和石墨烯分散液为原料，固化和烘烤成型，在高温惰性气体保护下进行碳化处理后并自然冷却，干燥后即得到三维多孔碳‑石墨烯材料。扫描电镜和X射线衍射表征表明该材料具有多孔分层的三维结构；力学测试表明，该材料在低密度下具有较强的抗压缩性能，是一种低成本环境友好的理想轻质三维多孔材料。

技术领域

本发明属于多孔材料领域；具体涉一种低密度，高导电性和高强度的分级多孔三维结构碳材料的制作方法。

背景技术

随着科技的发展，各国对航空航天等飞行器的研究越来越深入，对宇宙空间的探索范围越来越大，因此各种飞行器的使用环境越来越苛刻，对材料的要求就越来越严格。比如飞行器外壳不仅要求密度低、力学性能优异，而且还要具备良好的隔热性、耐高温性、耐低温性和电磁屏蔽等功能。研制具有优异的力学性能和多功能的复合材料将有助于促进航天事业的发展。但传统材料密度相对较大，隔热等性能也越来越不能满足飞行器的使用要求，所以制作超低密度，多功能性复合材料成为当今的研究热点。隔热材料作为一个重要的研究分支，不但要求密度低、导热系数低，还要耐高温、耐低温。因此，现如今急需开发一种全新的隔热材料。

隔热材料分为多孔材料,热反射材料和真空材料三类。前者利用材料本身所含的孔隙隔热，因为空隙内的空气或惰性气体的导热系数很低，如泡沫材料、纤维材料等；热反射材料具有很高的反射系数，能将热量反射出去，如金、银、镍、铝箔或镀金属的聚酯、聚酰亚胺薄膜等。真空绝热材料是利用材料的内部真空达到阻隔对流来隔热。导弹仪器舱的隔热方式是在舱体外蒙皮上涂一层数毫米厚的发泡涂料，在常温下作为防腐蚀涂层，当气动加热达到200℃以上时，便均匀发泡而起隔热作用。人造地球卫星是在高温、低温交变的环境中运动，须使用高反射性能的多层隔热材料，一般是由几十层镀铝薄膜、镀铝聚酯薄膜、镀铝聚酰亚胺薄膜组成。另外，表面隔热瓦的研制成功解决了航天飞机的隔热问题，同时也标志着隔热材料发展的更高水平。

自然界生物碳化制作多孔材料，由于成本低，环境友好等特点，很早就引起关注，并得到广泛研究。目前研究的对象包括纤维素、菌类、甘蔗渣、荔枝壳、香蕉皮和西瓜等生物质。但是，通过以上这些研究对象所得到的碳材料在导电性、孔径、孔隙、密度和热导率等方面依然不能满足要求。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于淀粉发酵原理制作三维多孔碳-石墨烯材料的方法，该方法针对目前非金属多孔材料在导电性、孔径、孔隙和强度等方面遇到的问题，利用简单的发酵、干燥和高温碳化过程；制作得到的三维多孔材料具有高导电性、低密度、低热导率、多级孔结构和高强度。

为实现上述目的，本发明一种基于淀粉发酵原理制作三维多孔碳-石墨烯材料的方法，包括以下步骤：

步骤一、将淀粉与干酵母混合，再加入石墨烯分散液，机械搅拌，然后发酵至用手指按压无弹性；

步骤二、产生的大气孔通过平板施加压力将其挤出，然后采用面包机进行揉制；完成后二次发酵至用手指按压无弹性为止，置入模具成型，加热处理后真空干燥；

步骤三、再在惰性气体保护下碳化，而后在惰性气体保护下冷却至室温，多孔碳化碳-石墨烯骨架结构。