[发明专利]一种具有吸音和音频识别功能的石墨烯气凝胶及其应用

说明书

本发明涉及一种具有吸音和音频识别功能的石墨烯气凝胶及其应用，属于吸声材料技术领域。先将氧化石墨烯、还原剂和发泡剂的混合溶液进行搅拌发泡，然后加热进行部分还原，再进行冷冻结冰，最后解冻，得到部分还原氧化石墨烯水凝胶；按照所需压缩程度对部分还原氧化石墨烯水凝胶进行机械压缩，之后干燥，再进行退火处理，得到石墨烯气凝胶。通过改变所述石墨烯气凝胶的厚度以及压缩程度，能够实现较宽频段范围内任意单频段的高效吸收噪声；将不同厚度以及压缩程度的石墨烯气凝胶进行简单叠加组合，能够实现较宽频段范围内多频段的高效吸收噪声；所述石墨烯气凝胶还可以应用于声学识别器件，实现对特定频段音频的识别。

技术领域

本发明涉及一种具有吸音和音频识别功能的石墨烯气凝胶及其应用，属于吸声材料技术领域。

背景技术

许多三维(3D)多孔材料作为吸声材料致力于实现更大范围的音频吸收，包括海绵、气凝胶、蜂窝塑料以及多孔金属泡沫等。由于处理的可控性和准确性差，特定频率下的噪声吸收仅限于声学超材料、亥姆霍兹共振器以及多孔板。一些研究人员基于共振设计了有序结构，以吸收指定的频率噪声。然而，这些设计不仅复杂且昂贵，而且具有差的机械性能，并且苛刻的使用条件限制了商业应用的范围。不可否认，由于3D多孔材料具有独特的结构优势(包括低密度、出色的机械性能和高孔隙率)，它们被认为是吸声材料的良好选择。通过合理而简单的技术来实现3D多孔材料的同步多方向调节，对于实现吸声材料的吸声性能可控变化的目的非常重要。

由纳米片组装的3D多孔石墨烯不仅继承了单层石墨烯的大表面积、优异的导电性和良好的机械性能，而且其纳米级的3D骨架结构能够有效地消耗声能，从而成为潜在的3D多孔吸声材料。然而，目前已报道的吸音材料均不能实现在较宽频段内有效调控高效吸收不同频率的声音，而且也不能通过简单的方式实现从单个频率向多个频率范围的转换。此外，目前尚无报道吸声材料与声学识别材料的转换。

发明内容

针对现有技术中存在的不足，本发明的目的在于提供一种具有吸音和音频识别功能的石墨烯气凝胶及其应用，通过调控材料的厚度以及压缩程度，实现材料在较宽频段内的单频段高效吸收噪声，而且通过不同厚度以及压缩程度的材料简单叠加组合可以实现材料在较宽频段内的多频段高效吸收噪声；另外，该材料还具有音频识别功能，可以应用于声学识别器件领域。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的。

一种具有吸音和音频识别功能的石墨烯气凝胶，所述石墨烯气凝胶是采用如下方法制备得到的：

对氧化石墨烯、还原剂和发泡剂的混合溶液进行搅拌发泡，使发泡后体积为发泡前体积的1.5～2.5倍，发泡后混合物内部呈现出球形泡孔状结构；将发泡后的混合物装入模具中，先在50℃～90℃下加热还原，待混合物变成黑色的块状且与模具内壁分离时向模具中加入体积不小于黑色块状体积的水，继续加热还原反应8h～10h，然后在-20℃～-10℃下冷冻结冰，利用冰晶刺破水凝胶中的气泡从而形成相互交联、贯穿的通道，再在50℃以下解冻，得到部分还原氧化石墨烯水凝胶；按照所需压缩程度对部分还原氧化石墨烯水凝胶进行机械压缩，之后先置于60℃以下环境干燥，再置于180℃～220℃下退火处理不少于4h，得到石墨烯气凝胶。

进一步地，所述混合溶液中，氧化石墨烯的浓度优选5mg/mL～14mg/mL。

进一步地，所述还原剂用于将氧化石墨烯还原成石墨烯，优选L-抗坏血酸，还原剂与氧化石墨烯的质量比为(1.9～3):1；所述发泡剂优选辛癸基烷基糖苷、吐温或十二烷基硫酸钠，发泡剂与还原剂的质量比为1：(1.2～3.5)。

进一步地，优选以1.5℃/min～4℃/min的升温速率将温度升至180℃～220℃。

进一步地，模具的材质优选玻璃或塑料。