[发明专利]一种具有防冰和除冰功能的三维立体网状结构石墨烯基材料及其制备方法

说明书

一种具有防冰和除冰功能的三维立体网状结构石墨烯基材料及其制备方法，涉及一种具有防冰和除冰功能石墨烯基材料及其制备方法。本发明为了解决现有除冰材料除冰速度慢的问题。制备方法：一、制备氧化石墨烯；二、制备氧化石墨烯皮克林乳液；三、对氧化石墨烯皮克林乳液采用聚四氟乙烯滤膜进行抽滤，然后对聚四氟乙烯滤膜进行干燥，干燥后置于碘化氢的饱和蒸汽中进行还原，还原后进行真空干燥。石墨烯基材料石墨烯基材料的密度低，升温快，具有超疏水性能。本发明适用于制备具有防冰和除冰功能的三维立体网状结构石墨烯基材料。

技术领域

本发明涉及一种具有防冰和除冰功能的三维立体网状结构石墨烯基材料及其制备方法。

背景技术

超疏水材料被认为是航空领域最具发展潜力和最有应用前景的防/除冰材料。当飞机在环境温度低于冰点或在冰点附近的气象条件下飞行时，大气中的过冷水滴撞击到飞机表面，很容易在旋翼、机翼、尾翼等部件表面结冰。结冰不仅增加了重量，还会导致飞机表面粗糙度及外形的改变，破坏气动性能，严重时将导致空中停车或坠机。

超疏水材料是通过改变材料表面的物理结构和化学性质等，阻止水滴的凝结，减少水滴和飞机表面的热量交换，延缓结冰时间，显著降低冰与表面的粘附力，在易结冰结构表面使用超疏水材料是高效的防/除冰方法之一。然而，由于超疏水材料表面物理微结构如“石林”、“阵列式”等单一的粗糙微结构在低温或高湿作用下，大气中的水蒸气会在粗糙结构的底部和顶部同时产生冷凝水滴，导致憎水性丧失，起不到防冰作用，并且，进入超疏水表面粗糙微结构中的冷凝水滴冻结后会形成锚固作用，增大了冰与超疏水表面的粘附力，给除冰带来困难，严重制约着超疏水材料的发展与应用。现有除冰方法用是使用电阻模块，电阻模块密度大并且除冰速度慢，电阻模块在20v电压下升温到200℃需要60～200s。

发明内容

本发明为了解决现有除冰材料除冰速度慢的问题，提出一种具有防冰和除冰功能的石墨烯基材料的制备方法

一种具有防冰和除冰功能的石墨烯基材料，该材料由开孔的石墨烯微球构成，开孔的石墨烯微球相互连接构成开孔微球三维立体网状结构。

上述具有防冰和除冰功能的石墨烯基材料的制备方法按以下步骤进行：

一、制备氧化石墨烯

将浓硫酸加入的容器中，将容器置于冰浴中，向容器中加入天然石墨，在搅拌速度为300～400r/min的条件下搅拌10～40min；分4～6次加入高锰酸钾，然后在搅拌速度为300～400r/min的条件下搅拌2～2.5h；将容器转移至30～40℃恒温水浴中，在搅拌速度为300～400r/min的条件下搅拌30～60min后，此时容器内的溶液变粘稠，将恒温水浴调整至40～50℃，当容器内温度达到40～50℃后，将容器转移至75～85℃恒温水浴中，当容器内温度达到79～81℃后，分25～30次加入79～81mL蒸馏水，然后在搅拌速度为300～400r/min的条件下搅拌15～20min，然后向容器中加入59～61ml的蒸馏水进行稀释，再加入由10.81mL的双氧水和59～61mL蒸馏水组成的混合溶液，此时，容器内的溶液为金黄色，对容器内的溶液进行超声1～2h后，在7990～8010r/min的速度下离心7-10次，每次离心9.5～10.5min，取容器内的固体产物，将固体产物洗涤至洗涤液的pH为5～6，得到氧化石墨烯水溶液；

所述浓硫酸的质量分数为98％；

所述浓硫酸的体积与天然石墨的质量比为：22.5～23.5mL：1g；

所述冰浴的温度为0～5℃；

所述高锰酸钾与天然石墨的质量比为：5.5～6.5：1g；

所述双氧水的质量分数为30％；

所述超声时的功率为475～485W；

二、制备氧化石墨烯皮克林乳液