[发明专利]一种洋葱碳/石墨烯复合气凝胶及其制备和应用

说明书

本发明公开了一种洋葱碳/石墨烯复合气凝胶及其制备方法，是以氧化石墨烯为前驱体，分散在去离子水中得到分散液，加入洋葱碳分散均匀，再加入还原剂柠檬酸铵，水热反应完成自组装形成洋葱碳/石墨烯复合凝胶，经透析、冷冻干燥后，制备得到洋葱碳与石墨烯片层互为支撑的三维网络结构洋葱碳/石墨烯复合气凝胶。以本发明方法制备的复合气凝胶不仅具有超低密度和良好的机械性能，还具有低的热导率和优异的阻燃隔热保温性能，可以作为阻燃剂应用。

技术领域

本发明属于纳米复合材料制备技术领域，涉及一种复合气凝胶的制备方法，特别是涉及一种基于洋葱碳和石墨烯的复合气凝胶的制备方法。

背景技术

众所周知，阻燃隔热保温材料是指具有绝热性能、可以对热流起到屏蔽作用的材料或材料复合体。阻燃隔热保温材料本身燃烧极其困难，能够阻止其他易燃物品的燃烧，通常具有质轻、疏松、多孔、导热系数小等特点，可用于有效隔热和主动散热，广泛应用于服装、石油、化工、冶金、造船、消防、国防等领域。

目前市场上的阻燃隔热保温材料一般都要加入多种助剂（含卤或锑等），对环境具有一定的污染性，且阻燃效果并不理想。

石墨烯具有二维sp²共轭碳原子结构，由于石墨烯具有高的比表面积、出色的阻燃特性、良好的力学性能等，被认为是构建三维多孔结构的最重要选择之一。

目前，超轻可压缩石墨烯气凝胶作为一种新兴的高效阻燃隔热保温材料，逐渐受到人们的关注。研究表明，将石墨烯气凝胶与其它材料进行复合，是改善石墨烯气凝胶综合性能的一个重要途径。

CN 109824942A公开了一种有机-无机杂化材料复合阻燃剂，由GO-PDA、C₃N₄-B-Si、ODOPB混合得到。将环氧树脂分散于无水乙醇中，加入所述有机-无机杂化材料复合阻燃剂和多聚磷酸胺，可以制备得到复合阻燃材料。该复合阻燃剂可以改善环氧树脂的阻燃性能，但制备工艺繁杂、生产成本高。更为重要的是，多聚磷酸胺在阻燃材料中的分散性能较差，势必会产生团聚，严重影响阻燃材料的机械强度。

Wang等(Ultralight, highly compressible and fire-retardant grapheneaerogel with self-adjustable electromagnetic wave absorption[J]. Carbon,2018, 139: 1126-1135.)采用原位自组装和热退火工艺，成功制备出了密度超轻、阻燃性良好的三维多孔可压缩(75%)石墨烯气凝胶。但该气凝胶的强度较低、易开裂，从而造成阻燃性能的降低。

CN 108342004A公开了一种石墨烯阻燃弹性复合材料，由0.5～10%石墨烯微片，20～35%阻燃剂，10～30%热塑性弹性体，30～60%溶剂和0.1～1.5%助剂制备得到。以该复合材料制备的石墨烯阻燃弹性复合膜具有阻燃、高导电、可弯折及高附着等特性，但其制备成本高，限制了其的应用。

发明内容

本发明的目的是提供一种洋葱碳/石墨烯复合气凝胶及其制备方法，以本发明方法制备的复合气凝胶不仅具有超低密度和良好的机械性能，还具有低的热导率和优异的阻燃隔热保温性能。

本发明所述洋葱碳/石墨烯复合气凝胶的制备方法是以氧化石墨烯为前驱体，将其分散在去离子水中得到分散液，加入洋葱碳分散均匀，再加入还原剂柠檬酸铵，水热反应完成自组装形成洋葱碳/石墨烯复合凝胶，经透析、冷冻干燥后，制备得到洋葱碳与石墨烯片层互为支撑的三维网络结构洋葱碳/石墨烯复合气凝胶。

本发明上述制备方法中，所述氧化石墨烯与洋葱碳的用量质量比为1∶(0.1～1)。

进而，所述还原剂柠檬酸铵的用量为氧化石墨烯质量的0.1～10倍。

本发明上述制备方法中，优选采用超声处理方式将所述氧化石墨烯分散在去离子水中形成水分散液。