[发明专利]一种有序碳-聚硅氧烷复合气凝胶及其制备方法、应用

说明书

本发明公开了一种有序碳‑聚硅氧烷复合气凝胶及其制备方法、应用，属于气凝胶材料领域。本发明的制备方法以氧化石墨烯为基本构筑单元，采用取向冷冻技术，实现了有序各向异性的碳基气凝胶，以硅氧烷为硅源，采用浸渍工艺结合原位溶胶凝胶策略制备了有序碳‑聚硅氧烷复合气凝胶，解决了碳基气凝胶强度低、疏水性差、隔热温区窄等问题，开发出高强高弹、宽温域超级隔热、超疏水的有序碳‑聚硅氧烷复合气凝胶材料。所述的气凝胶在微滴传输、智能流体可控界面、极端高温及低温环境下热管理领域具有良好的应用前景。

技术领域

本发明涉及气凝胶材料领域，具体涉及一种有序碳-聚硅氧烷复合气凝胶。

背景技术

石墨烯气凝胶是由二维石墨烯纳米片相互组装而成的具有多级次孔结构的三维网络骨架，具有超低密度，高比表面积及良好的理化性能，可为声子、电子、离子、分子提供快速运输通道或储存空间，被广泛的应用于能源存储与转化，环境治理，热管理，传感器等领域。然而各向同性网络结构的石墨烯气凝胶存在孔结构不可控，力学性能较差，热输运途径单一等缺点，大大地限制了其在热管理领域的应用。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提出了一种有序碳-聚硅氧烷复合气凝胶及其制备方法、应用。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

一种气凝胶材料，包括：

有序多孔碳气凝胶骨架和生长在碳气凝胶骨架表面的聚硅氧烷气凝胶。

可选地，其微观结构为，轴向呈现类蜂窝状结构，径向呈现有序多孔微通道结构；

一种气凝胶材料的制备方法，包括以下步骤：

将氧化石墨烯、粘结剂在水中混合均匀得到料浆，通过取向冷冻铸造获得还原氧化石墨烯冰块，经过冷冻干燥得到还原石墨烯气凝胶，再经过热处理得到有序多孔碳气凝胶骨架；

将醛基物、氨基硅烷、有机硅氧烷、酸催化剂、有机溶剂和去离子水混合形成混合溶液，将所述的有序碳气凝胶骨架浸入所述混合溶液中，经过凝胶得到有序碳-聚硅氧烷湿凝胶，再经过干燥获得所述的气凝胶材料。

可选地，醛基物为对苯二甲醛、间苯二甲醛中的一种。

可选地，氨基硅烷为3-氨丙基三乙氧基硅烷或3-氨丙基二乙氧基甲基硅烷。

可选地，硅氧烷为四乙氧基硅烷、四甲氧基硅烷、甲基三甲氧基硅烷、苯基三甲氧基硅烷或四甲基二硅氧烷中的一种或多种。

可选地，酸催化剂为乙酸、柠檬酸、草酸中的一种或多种。

可选地，有机溶剂为乙醇、异丙醇、甲醇、二恶烷中的一种或多种。

可选地，醛基物、氨基硅烷、有机硅氧烷的摩尔比为2:(1～8)：(1～16)，有机溶剂、去离子水和酸催化剂的体积比为(10～50):(1～5):1。

另一方面，本发明还提出了上述的气凝胶材料在微滴传输、智能流体可控界面、热管理领域中的应用。

本发明的有益效果：

本发明以氧化石墨烯为基本构筑单元，采用取向冷冻技术，实现了各向异性的碳气凝胶，并以此为基体材料，以硅氧烷为硅源，采用浸渍工艺结合原位溶胶凝胶策略制备了有序碳-聚硅氧烷复合气凝胶，实现了超疏水、高强高弹、宽温域隔热性能。在疏水性方面，轴向具有较高的粘附力和较高的静态疏水角，而径向具有较小的滚动角和较好的滚动疏水效果。这种特殊的疏水性在微滴传输和智能流体可控界面方面具有潜在应用。在隔热性能方面，轴向导热率高于径向导热率，导致轴向散热和径向隔热。因此，它可以在极端天气条件下保持稳定的表面温度，在极端低温/高温环境下具有良好的应用前景。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步的说明。