[发明专利]一种二氧化硅/石墨烯三维复合材料及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及一种二氧化硅/石墨烯三维复合材料及其制备方法和应用，属于功能材料技术领域，该复合材料包括三维石墨烯泡沫基体以及均匀分散负载在所述基体上的二氧化硅/石墨烯复合物，二氧化硅/石墨烯复合物具有核壳结构，以二氧化硅颗粒为核，以石墨烯为壳。其制备方法中首先通过化学气相沉积法在二氧化硅颗粒表面沉积石墨烯，制得二氧化硅/石墨烯复合物，然后将该复合物分散于氧化石墨烯分散液中经一步原位自组装制得二氧化硅/石墨烯三维复合材料，该复合材料具有优异的机械强度、高力敏性、高导电性及高力学恢复性。该方法操作简单，对设备要求不高，适合工业化生产。

技术领域

本发明属于功能材料技术领域，具体涉及一种二氧化硅/石墨烯三维复合材料及其制备方法和应用

背景技术

石墨烯是由sp²杂化碳原子紧密排列而成的蜂窝状晶体结构，厚度仅为0.34nm，理论上具有优异的力学、热学、光学和电学性能。其中，力学方面，其断裂强度为125GPa、杨氏模量为1.1TPa，强度是普通钢的100倍；热学方面，导热系数可达5000W/(m K)，是室温下铜的导热率的10倍多；光学方面，其可见光透过率有97.7％，几乎透明；电学方面，石墨烯的电子迁移率达到20000cm²/(v s)、电导率可达106S/m，是室温下导电性最佳的材料；同时，其理论比表面积高达2630m²/g，是制备多孔复合材料的理想原料。三维石墨烯是基于二维石墨烯开发的一种新型块体材料，是由二维石墨烯按照一定方式堆砌成的三维宏观结构，性能上保留了二维结构的独特性能，同时可以获得极大的比表面积和可控的多孔结构，能够有效调控其在力学和电学方面的性能，也便于采用负载、改性等手段制备功能化石墨烯复合材料，可以进一步拓宽其在传感、吸附、催化、储能等方面的应用。

目前，有部分文献报道的三维石墨烯材料制备方法主要有两种：一是通过CVD法在镍泡沫上生长石墨烯，然后刻蚀得到三维石墨烯材料，这种方法成本高，工艺复杂，产量低，并且得到的三维石墨烯材料具有机械强度差，力敏性弱，回复性差等缺点。第二种是无掺杂水热还原自组装法，这种方法得到的三维石墨烯材料成型效果差，力学性能欠佳，力敏性能也偏低。因此，急需一种能够制备出机械强度好、力敏性强、力学恢复性好的三维石墨烯材料的制备方法，以推动三维石墨烯的进一步应用。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的之一在于提供一种二氧化硅/石墨烯三维复合材料；目的之二在于提供一种二氧化硅/石墨烯三维复合材料的制备方法；目的之三在于提供二氧化硅/石墨烯三维复合材料在压力传感器中的应用。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

1、一种二氧化硅/石墨烯三维复合材料，所述复合材料包括三维石墨烯泡沫基体以及均匀分散负载在所述基体上的二氧化硅/石墨烯复合物，所述二氧化硅/石墨烯复合物具有核壳结构，以二氧化硅颗粒为核，以石墨烯为壳。

优选的，所述二氧化硅/石墨烯复合物的中碳含量为1-99wt％。

优选的，所述二氧化硅/石墨烯复合物的中碳含量为50wt％。

优选的，所述二氧化硅/石墨烯复合物的等效粒径为1-999nm。

2、所述的一种二氧化硅/石墨烯三维复合材料的制备方法，所述方法包括如下步骤：

(1)利用化学气相沉积法在二氧化硅颗粒表面沉积石墨烯，制得二氧化硅/石墨烯复合物；

(2)将步骤(1)中制得的二氧化硅/石墨烯复合物加入氧化石墨烯分散液中至所述二氧化硅/石墨烯复合物均匀分散，然后加入还原剂和缓冲剂，混匀后获得反应液，将所述反应液移至反应釜中反应制得二氧化硅/石墨烯三维复合材料的水凝胶，然后去除所述水凝胶中未反应完的还原剂和缓冲剂；

(3)将经步骤(2)处理后的水凝胶冷冻后置于冷冻干燥机中，制得二氧化硅/石墨烯三维复合材料的气凝胶；