[发明专利]一种三维多孔碳化硅陶瓷气凝胶及其制备方法

说明书

本发明涉及一种三维多孔碳化硅陶瓷气凝胶及其制备方法，属于碳化硅陶瓷材料技术领域。本发明的三维多孔碳化硅陶瓷气凝胶的制备方法，包括以下步骤：将氧化石墨烯和二氧化硅的混合气凝胶在无氧条件下进行碳热还原反应，即得。本发明的三维多孔陶瓷气凝胶的制备方法，直接对氧化石墨烯和二氧化硅的混合气凝胶进行碳热还原反应，保持了混合气凝胶原有的三维网络多孔结构，可得到具有纳米尺寸的三维多孔碳化硅陶瓷气凝胶材料，具有高孔隙率、大比表面积的优点，可以作为潜在的载体材料和优异的隔热材料。

技术领域

本发明涉及一种三维多孔碳化硅陶瓷气凝胶及其制备方法，属于碳化硅陶瓷材料技术领域。

背景技术

气凝胶是一类具有超低密度、超高气孔率(＞90％)以及超高比表面积的固体，具有热导率低、声阻抗可变范围大和折射率可调等特性，从而在隔热保温、储能节能、催化过滤、传感等方面有巨大的潜在应用价值。目前气凝胶主要以金属或半金属氧化物、有机聚合物(碳)气凝胶为主。作为一种热膨胀系数小、导热系数高、化学性能稳定的宽带隙半导体材料碳化硅被制备成气凝胶的研究却鲜见报道。

目前，制备碳化硅气凝胶在制备时，通常是将碳化硅前驱体与多乙烯基化合物(如二乙烯基苯)、催化剂、溶剂等固化形成碳化硅凝胶，经干燥、烧制制备碳化硅气凝胶。如中国专利文献CN105601316B中公开了一种碳化硅气凝胶，由结构中含有Si-H键的聚碳硅烷、二乙烯基苯、Pt催化剂和有机溶剂通过聚合物先驱体转化制备陶瓷法和气凝胶制备法制得。该碳化硅气凝胶的制备方法需要使用Pt催化剂，繁琐复杂。

发明内容

本发明的目的是提供一种工艺简单的三维多孔碳化硅陶瓷气凝胶的制备方法。

本发明还提供了一种上述三维多孔碳化硅陶瓷气凝胶的制备方法制得的三维多孔碳化硅陶瓷气凝胶。

为了实现以上目的，本发明的三维多孔碳化硅陶瓷气凝胶的制备方法所采用的技术方案是：

一种三维多孔碳化硅陶瓷气凝胶的制备方法，包括以下步骤：将氧化石墨烯和二氧化硅的混合气凝胶在无氧条件下进行碳热还原反应，即得。

本发明的三维多孔碳化硅陶瓷气凝胶的制备方法，直接对氧化石墨烯和二氧化硅的混合气凝胶进行碳热还原反应，保持了混合气凝胶原有的三维网络多孔结构，可得到具有纳米尺寸的三维多孔碳化硅陶瓷气凝胶材料，具有孔隙率高、比表面积大以及平均孔径小的优点，可以作为潜在的载体材料和优异的隔热材料。采用本发明的三维多孔碳化硅陶瓷气凝胶的平均孔径可达为10～40nm。

优选的，所述混合气凝胶中硅碳质量比为1～3:6。

氧化石墨烯和二氧化硅的混合气凝胶是氧化石墨烯气凝胶和二氧化硅气凝胶的均匀分散混合物或氧化石墨烯和二氧化硅均匀分散并通过化学键相互键合连接形成的混合气凝胶。氧化石墨烯气凝胶(GOA)是宏观的三维结构的石墨烯组装体，具有空间多孔网络状结构，作为一种新型材料，石墨烯具有低密度、低热导率、高孔隙率、高比表面积的特点，其孔隙率可高达80％～99％。正是因为石墨烯气凝胶具有这些独特的性能，使得它在很多领域都有应用，如吸附、能量储存、化工等。其特有的三维结构不仅能充分发挥单层石墨烯的各种卓越性质，而且能克服石墨烯片层间易团聚的缺陷，可以极大增强其吸附特性。

氧化石墨烯和二氧化硅的混合气凝胶可以采用氧化石墨烯-二氧化硅复合气凝胶的制备方法进行制备。优选的，所述混合气凝胶是将氧化石墨烯和二氧化硅的混合水凝胶干燥得到。