一种石墨泡沫及其制备方法技术

本发明专利技术提供一种石墨泡沫的制备方法，以石墨纳米片为原料，添加少量的高分子粘结剂，通过模板成型，干燥后形成石墨泡沫。本发明专利技术的制备方法简单、方便，可成型各种形状的石墨泡沫，而且所制备的石墨泡沫密度可控、孔隙较均匀。本发明专利技术制备的石墨泡沫还具有较高的抗压强度、较低的电阻、能吸油、高导热等优点，可广泛用于散热器、导热垫、电磁屏蔽材料等领域，具有广大的应用前景。

Graphite foam and preparation method thereof

The invention provides a method for preparing a graphite foam. Graphite flakes are used as raw materials and a small amount of macromolecular binder is added to form a template to form graphite foam after drying. The preparation method of the invention is simple and convenient, and the graphite foam with various shapes can be formed, and the prepared graphite foam can be controlled with density and the pores are even. The preparation of graphite foam also has high compressive strength, low resistance, high thermal conductivity, oil absorption and other advantages, can be widely used in the field of radiator, heat conduction, electromagnetic shielding materials, has broad application prospects.

【技术实现步骤摘要】
一种石墨泡沫及其制备方法
本专利技术涉及材料领域，尤其涉及一种石墨泡沫及其制备方法。
技术介绍
随着科学技术的发展，许多单一性能的材料已经很难满足现代社会的需求，迫切需要各类多功能的材料。碳材料一直是研究的热点，从富勒烯到碳纳米管，从石墨泡沫再到石墨烯。石墨泡沫在碳材料家族中占有重要地位。石墨泡沫是由孔泡和石墨构成的具有三维网状结构的低密度石墨材料，近年发展的石墨烯海绵（graphenefoam）结构上也可归为石墨泡沫，它具有较大的比表面积，良好的导电、导热性能。因为石墨泡沫是多孔结构，它还具有一定的吸音、吸油性能。现在制备石墨泡沫的方法主要有三种。一种是以含碳高分子为原料，如中间相沥青，采用发泡法制备碳泡沫，然后将其石墨化制成石墨泡沫，该方法需要在高压下发泡，还需要在2000-3000℃的高温下石墨化，对设备的要求高，生产周期长，成本高。例如：美国橡树岭实验室选用沥青为前驱体，采用高压发泡法制备石墨泡沫（Processformakingcarbonfoam:US,6033506[P].2000）。另一种是以氧化石墨烯为原料，通过还原、干燥等过程来制备石墨泡沫，又称石墨烯泡沫/石墨烯海绵（graphenefoam），该方法所用原料氧化石墨烯成本高，而且该方法工艺较复杂，不易大批量制备。例如，2013年ZongbinZhao等人用氧化石墨烯（GO）气凝胶自组装还原，然后冷冻干燥制备超轻高弹性的泡沫石墨（HuH,ZhaoZB,WanWB,etal.Ultralightandhighlycompressiblegrapheneaerogels[J].AdvancedMaterials,2013,25(15):2219-2223）。第三种是以高分子或金属泡沫为模板，在模板骨架上生长石墨烯，再通过腐蚀或者烧蚀的方法将模板去掉，得到石墨泡沫（或称石墨烯泡沫）。该方法工艺复杂，成本高，难以大规模工业生产。例如，Cao等人用泡沫镍作为模板，在高温炉中通入氩气和乙醇气体，然后用化学气相沉积的方法在泡沫镍上成长一层石墨烯，冷却后刻蚀掉泡沫镍模板，得到石墨烯泡沫（XiehongCa,YumengShi,WenhuiShi.etal.PreparationofNovel3DGrapheneNetworksforSupercapacitorApplications[J].Small,2011,7(22):3163-3168）。如申请专利技术专利（申请号，201410510231.7，一种石墨烯海绵及其制备方法）是以氧化石墨烯为原料，通过冷冻干燥和退火处理得到石墨烯海绵。如授权专利技术专利（授权公开号CN103819890B，一种基于传统海绵为模板制备石墨烯海绵的方法）以氧化石墨烯为原料，以海绵为模板，通过还原、电泳、干燥等过程制备石墨烯海绵。如授权专利技术专利（授权公告号CN104150474B，一种中间相沥青基泡沫碳的制备方法）以中间相沥青为原料，通过碳化、石墨化等工程制备石墨泡沫。为了解决上述问题，本专利技术提供一种简单、方便的石墨泡沫的制备方法。本专利技术所公开的方法与已报道的各类石墨泡沫或石墨烯海绵的制备方法有着明显的不同。
技术实现思路
在制备石墨泡沫时，现有方法工艺较为复杂。本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，以石墨纳米片为原料，提供一种简单、方便、形状可控、密度可控的石墨泡沫及其制备方法。石墨纳米片通常是指厚度在10-100nm，粒径在0.1-100μm的石墨薄片，又称石墨烯纳米片，或石墨薄片，英文为graphitenanoplates,graphenenanosheets或者graphenenanoplates，多是以天然鳞片石墨或膨胀石墨为原料，通过超声、机械剪切等作用，如超声分散、球磨、高速碰撞等，将石墨层层剥离，形成的石墨薄片。如申请专利技术专利1（申请号，201310757079.8，制备石墨烯纳米片的方法、石墨烯纳米片、石墨烯纳米片浆料和包括石墨烯纳米片的导电层）、申请专利技术专利2（申请号，201510307618.7，一种纳米石墨片制备方法）和申请专利3（申请号，201410515440.0，一种石墨烯纳米片及其制备方法）所制备的石墨纳米片或者石墨烯纳米片。本专利技术所公开的方法是以石墨纳米片为原料，添加少量的高分子粘结剂，通过抽滤和模板成型，干燥后形成石墨泡沫。本专利技术的制备方法简单、方便，可成型各种形状的石墨泡沫，而且所制备的石墨泡沫密度可控、孔隙较均匀，且具有较高抗压强度、较低电阻、能吸油、高导热等优点。为了达到上述的目的，本专利技术公开了一种石墨泡沫的制备方法，包括以下步骤：S101，配置石墨纳米片膏体：抽滤石墨纳米片分散液，得到类似膏状的石墨纳米片膏体；S102，配置石墨纳米片混合体：将高分子粘结剂或高分子粘结剂的水溶液，添加到石墨纳米片膏体中，搅拌均匀，得到石墨纳米片混合体；S103，模具成型：将石墨纳米片混合体置于模具中，形成一定的形状，再将石墨纳米片混合体从模具中取出；S104，干燥：将从模具中取出的石墨纳米片混合体，在一定温度下干燥一定时间，即得到石墨泡沫。进一步地，上述石墨泡沫的制备方法中，所述S101步骤中所用的石墨纳米片分散液，是指石墨纳米片分散于水和乙醇的混合液中，并含有少量表面活性剂，石墨纳米片占石墨纳米片分散液的质量百分比为1-3%，表面活性剂占石墨纳米片分散液的质量百分比为0.01-0.05%。进一步地，上述石墨泡沫的制备方法中，所述S101步骤中所用的石墨纳米片分散液，是通过将石墨纳米片分散于水和乙醇的混合液，并添加一定量的表面活性剂，搅拌得到；或者通过将膨胀石墨分散于水和乙醇的混合液，并添加一定量的表面活性剂，在超声或者机械剪切力的作用下得到。进一步地，上述石墨泡沫的制备方法中，所述的水和乙醇的混合液，水与乙醇的质量比例为1:9-9:1。进一步地，上述石墨泡沫的制备方法中，所述S101和S102步骤中的石墨纳米片膏体，是指含有石墨纳米片、表面活性剂、水和乙醇的混合物，且石墨纳米片占混合物的质量百分比为4-12%。进一步地，上述石墨泡沫的制备方法中，所述的表面活性剂为羧甲基纤维素、甲基纤维素、羟乙基纤维素、羟丙基纤维素、羟丙基甲基纤维素、羧甲基羟丙基纤维素、聚乙烯吡咯烷酮、十二烷基苯磺酸钠、水溶性的芘衍生物、胆酸钠的一种或者多种。进一步地，上述石墨泡沫的制备方法中，所述S102步骤中所用的高分子粘结剂为水溶性的高分子，选自小麦淀粉、土豆淀粉、甘薯淀粉、米粉淀粉、海藻酸钠、琼脂、阿拉伯胶、槐豆胶、大豆胶、骨胶、明胶、羧甲基淀粉、羟乙基淀粉、氰乙基淀粉、醋酸淀粉、磷酸淀粉、阳离子淀粉、聚合淀粉、聚丙烯酸胺、聚丙烯酸、聚甲基丙烯酸、聚乙烯醇、聚乙二醇、聚氧化乙烯、聚马来酸酐、水性环氧树脂、水性酚醛树脂、水性三聚氰胺甲醛树脂、水性脲醛树脂、水性醇酸树脂、水性聚氨酯树脂中的一种或者多种。进一步地，上述石墨泡沫的制备方法中，所述S102步骤中得到的石墨纳米片混合体，高分子粘结剂的质量百分比为0.1-12%，石墨纳米片的质量百分比为2-6%。进一步地，上述石墨泡沫的制备方法中，所述S104步骤中的干燥温度为20-50℃，干燥时间为48-240小时。本专利技术还涉及一种泡沫石墨是由上述方法中任一项的方法制备得到的，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种石墨泡沫的制备方法，包括以下步骤：S101，配置石墨纳米片膏体：抽滤石墨纳米片分散液，得到类似膏状的石墨纳米片膏体；S102，配置石墨纳米片混合体：将高分子粘结剂或高分子粘结剂的水溶液，添加到石墨纳米片膏体中，搅拌均匀，得到石墨纳米片混合体；S103，模具成型：将石墨纳米片混合体置于模具中，形成一定的形状，再将石墨纳米片混合体从模具中取出；S104，干燥：将从模具中取出的石墨纳米片混合体，在一定温度下干燥一定时间，即得到石墨泡沫。

【技术特征摘要】
1.一种石墨泡沫的制备方法，包括以下步骤：S101，配置石墨纳米片膏体：抽滤石墨纳米片分散液，得到类似膏状的石墨纳米片膏体；S102，配置石墨纳米片混合体：将高分子粘结剂或高分子粘结剂的水溶液，添加到石墨纳米片膏体中，搅拌均匀，得到石墨纳米片混合体；S103，模具成型：将石墨纳米片混合体置于模具中，形成一定的形状，再将石墨纳米片混合体从模具中取出；S104，干燥：将从模具中取出的石墨纳米片混合体，在一定温度下干燥一定时间，即得到石墨泡沫。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述S101步骤中所用的石墨纳米片分散液，是指石墨纳米片分散于水和乙醇的混合液中，并含有少量表面活性剂，石墨纳米片占石墨纳米片分散液的质量百分比为1-3%，表面活性剂占石墨纳米片分散液的质量百分比为0.01-0.05%。3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述S101步骤中所用的石墨纳米片分散液，是通过将石墨纳米片分散于水和乙醇的混合液，并添加一定量的表面活性剂，搅拌得到；或者通过将膨胀石墨分散于水和乙醇的混合液，并添加一定量的表面活性剂，在超声或者机械剪切力的作用下得到。4.如权利要求2或3所述的方法，其特征在于，所述的水和乙醇的混合液，水与乙醇的质量比例为1:9-9:1。5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述S101和S102步骤中的石墨纳米片膏体，是指含有石墨纳米...

【专利技术属性】
技术研发人员：王华涛，张文英，王春雨，钟博，程瑾宁，周薇薇，覃春林，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学威海，
类型：发明
国别省市：山东,37