一种氧化石墨烯-纳米二氧化硅复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种氧化石墨烯‑纳米二氧化硅复合材料的制备方法。本发明专利技术以正硅酸乙酯为硅源，乙醇和水为溶剂，氧化石墨烯为载体，在碱性环境氨水的催化作用下，正硅酸乙酯水解后通过酯化和聚合反应使其与氧化石墨烯发生化学反应，从而形成共价键连接；正硅酸乙酯水解产物进一步发生聚合反应从而形成纳米二氧化硅颗粒，进而得到氧化石墨烯‑纳米二氧化硅复合材料。本发明专利技术提供的氧化石墨烯‑纳米二氧化硅复合材料中，无定型的纳米二氧化硅具有极高的化学活性，将所述氧化石墨烯‑纳米二氧化硅复合材料用于水泥基复合材料或碱激发材料基复合材料的改性，能够有效提高复合材料的力学性能。

A Graphene Oxide-Nano-SiO_2 Composite and Its Preparation Method

The invention provides a preparation method of graphene oxide nano-silica composite material. In the present invention, tetraethyl orthosilicate is used as silicon source, ethanol and water as solvent, graphene oxide as carrier, under the catalysis of ammonia water in alkaline environment, ethyl orthosilicate is hydrolyzed and chemically reacted with graphene oxide through esterification and polymerization, thus forming covalent bond connection; the hydrolysate of ethyl orthosilicate is further developed. The nano-silica particles were formed by bio-polymerization, and graphene oxide nano-silica composites were obtained. Among the graphene oxide nano-silica composite materials provided by the invention, amorphous nano-silica has extremely high chemical activity. The modification of cement-based composite materials or alkali-activated composite materials by using the graphene oxide nano-silica composite materials can effectively improve the strength of the composite materials. Learning performance.

【技术实现步骤摘要】
一种氧化石墨烯-纳米二氧化硅复合材料及其制备方法
本专利技术涉及复合材料
，具体涉及一种氧化石墨烯-纳米二氧化硅复合材料及其制备方法。
技术介绍
石墨烯呈现二维平面的蜂窝状结构，其特殊的单原子层结构是构成碳纳米管的基本单元，也决定了它具有丰富而新奇的物理性质。据研究报道，它的强度是已测试材料中最高的，达130GPa，是钢材的100多倍；其断裂强度可达惊人的42N/m；常温下其电子迁移率达15000cm2/Vs，是目前商用硅片的10倍；而电阻率只有约10-6Ω，比银更低，为目前电阻率最小的材料；其热导率可达5300W/mK，高于碳纳米管，是室温下纯金刚石的3倍；石墨烯拥有极高弹性模量和抗拉性能，超高电导率和导热系数以及超大的比表面积等优点，使其从二维纳米材料中脱颖而出。氧化石墨烯作为石墨烯的衍生物更加受到广大研究者的欢迎，因为其周围的二维平面上存在羧基、羟基、环氧基等亲水性官能团，使其更易溶于水中，利于分散。尽管如此，氧化石墨烯所具有的低活性亲水性官能团仍然难以使其与复合材料(如水泥基复合材料、碱激发材料基复合材料)相连接从而形成共价键达到强化复合材料的目的。目前，改善氧化石墨烯与复合材料结合的方法主要是通过氧化石墨烯氨基化等表面改性方法。但是，研究结果发现，采用该方法得到的改性复合材料的性能并没有得到巨大的提升。比如，氧化石墨烯表面进行氨基化改性后，尽管氨基化使氧化石墨烯能够均匀分散在碱性环境中，但是也改变了氧化石墨烯表面官能团的活性，从而降低了氧化石墨烯与水泥基复合材料之间反应活性。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种氧化石墨烯-纳米二氧化硅复合材料及其制备方法，将本专利技术提供的氧化石墨烯-纳米二氧化硅复合材料用于水泥基复合材料或碱激发材料基复合材料的改性，能够有效提高复合材料的力学性能。为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供以下技术方案：本专利技术提供了一种氧化石墨烯-纳米二氧化硅复合材料的制备方法，包括以下步骤：将氧化石墨烯、乙醇和水混合，得到氧化石墨烯分散液；将所述氧化石墨烯分散液与氨水混合，在35～60℃下，向所得混合物料中加入正硅酸乙酯，保温进行接枝反应，得到氧化石墨烯-纳米二氧化硅复合材料。优选地，所述氧化石墨烯的质量与乙醇、水的体积比为(5～500)mg：100mL：(25～45)mL。优选地，所述氨水的质量浓度为25～28％；所述氧化石墨烯的质量与氨水的体积比为(5～500)mg：(2～4)mL。优选地，所述氧化石墨烯的质量与正硅酸乙酯的体积比为(5～500)mg：(3～9)mL。优选地，所述正硅酸乙酯的加入方式为滴加；所述正硅酸乙酯的滴加速率为0.5～6mL/min。优选地，所述接枝反应的时间为20～60min。优选地，所述接枝反应在搅拌条件下进行，所述搅拌的速率为200～1000rpm。优选地，所述接枝反应后还包括：将所得体系进行固液分离，将所得固体物料依次进行洗涤和干燥，得到氧化石墨烯-纳米二氧化硅复合材料。本专利技术提供了上述技术方案所述制备方法制备得到的氧化石墨烯-纳米二氧化硅复合材料，包括氧化石墨烯和与所述氧化石墨烯通过共价键键合的纳米二氧化硅。优选地，所述纳米二氧化硅的粒径为10～90nm。本专利技术提供了一种氧化石墨烯-纳米二氧化硅复合材料的制备方法，将氧化石墨烯、乙醇和水混合，得到氧化石墨烯分散液；将所述氧化石墨烯分散液与氨水混合，在35～60℃下，向所得混合物料中加入正硅酸乙酯进行接枝反应，得到氧化石墨烯-纳米二氧化硅复合材料。本专利技术以正硅酸乙酯为硅源，乙醇和水为溶剂，氧化石墨烯为载体，在碱性环境氨水的催化作用下，正硅酸乙酯水解后通过酯化和聚合反应使其与氧化石墨烯发生化学反应，从而形成共价键连接；正硅酸乙酯水解产物进一步发生聚合反应从而形成纳米二氧化硅颗粒，进而得到氧化石墨烯-纳米二氧化硅复合材料。本专利技术提供的氧化石墨烯-纳米二氧化硅复合材料中，无定型的纳米二氧化硅具有极高的化学活性，将所述氧化石墨烯-纳米二氧化硅复合材料用于水泥基复合材料或碱激发材料基复合材料的改性，能够有效提高复合材料的力学性能。实施例的实验结果表明，采用本专利技术提供的氧化石墨烯-纳米二氧化硅复合材料对碱激发基材料进行改性，能够使碱激发基材料的抗压强度提高19.9％，抗折强度提升133.7％，从而进一步促进氧化石墨烯在土木工程领域中的应用。此外，本专利技术提供的氧化石墨烯-纳米二氧化硅复合材料的制备方法操作简单、生产成本低，产品稳定，适于工业化生产。附图说明图1为本专利技术制备氧化石墨烯-纳米二氧化硅复合材料的流程图；图2为实施例1～3制备的氧化石墨烯-纳米二氧化硅复合材料的扫描电子显微镜图；图3为实施例3制备的氧化石墨烯-纳米二氧化硅复合材料与氧化石墨烯的光电子能谱图谱；图4为实施例3制备的氧化石墨烯-纳米二氧化硅复合材料与氧化石墨烯的X射线衍射图谱；图5为氧化石墨烯-纳米二氧化硅复合材料增强碱激发基材料的抗压性能图；图6为氧化石墨烯-纳米二氧化硅复合材料增强碱激发基材料的抗折性能图。具体实施方式本专利技术提供了一种氧化石墨烯-纳米二氧化硅复合材料的制备方法，包括以下步骤：将氧化石墨烯、乙醇和水混合，得到氧化石墨烯分散液；将所述氧化石墨烯分散液与氨水混合，在35～60℃下，向所得混合物料中加入正硅酸乙酯，保温进行接枝反应，得到氧化石墨烯-纳米二氧化硅复合材料。本专利技术将氧化石墨烯、乙醇和水混合，得到氧化石墨烯分散液。在本专利技术中，所述氧化石墨烯的质量与乙醇、水的体积比优选为(5～500)mg：100mL：(25～45)mL，更优选为(25～250)mg：100mL：35mL。本专利技术对于所述氧化石墨烯的来源没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的氧化石墨烯市售商品或者是制备方法制备得到的氧化石墨烯产品均可。在本专利技术中，所述氧化石墨烯优选通过Hummer’s方法制备得到。在本专利技术中，所述氧化石墨烯、乙醇和水的混合优选在超声条件下进行；本专利技术对于所述超声没有特殊的限定，能够将各组分混合分散均匀即可。在本专利技术中，所述超声的功率优选为300～350W，更优选为325W；所述超声的时间优选为10～20min，更优选为15min。得到氧化石墨烯分散液后，本专利技术将所述氧化石墨烯分散液与氨水混合，在35～60℃下，向所得混合物料中加入正硅酸乙酯，保温进行接枝反应，得到氧化石墨烯-纳米二氧化硅复合材料。在本专利技术中，所述氨水的质量浓度优选为25～28％；所述氧化石墨烯的质量与氨水的体积比优选为(5～500)mg：(2～4)mL，更优选为(25～250)mg：(3～3.5)mL。在本专利技术中，所述氧化石墨烯分散液与氨水的混合优选在搅拌条件下进行；所述搅拌的速率优选为200～1000rpm，更优选为400～700rpm。在本专利技术中，所述氨水能够提供碱性环境并且不会与氧化石墨烯发生化学反应，只是起到催化氧化石墨烯和正硅酸乙酯进行接枝反应的作用。在本专利技术中，所述氧化石墨烯的质量与正硅酸乙酯的体积比优选为(5～500)mg：(3～9)mL，更优选为(25～250)mg：(6～7)mL。在本专利技术中，所述正硅酸乙酯的加入方式优选为滴加；所述正硅酸乙酯的滴加速率优选为0.5～6mL/min，更优选为2～4mL/min。在本专利技术中，所述正硅酸乙酯(TEO本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种氧化石墨烯‑纳米二氧化硅复合材料的制备方法，包括以下步骤：将氧化石墨烯、乙醇和水混合，得到氧化石墨烯分散液；将所述氧化石墨烯分散液与氨水混合，在35～60℃下，向所得混合物料中加入正硅酸乙酯，保温进行接枝反应，得到氧化石墨烯‑纳米二氧化硅复合材料。

【技术特征摘要】
1.一种氧化石墨烯-纳米二氧化硅复合材料的制备方法，包括以下步骤：将氧化石墨烯、乙醇和水混合，得到氧化石墨烯分散液；将所述氧化石墨烯分散液与氨水混合，在35～60℃下，向所得混合物料中加入正硅酸乙酯，保温进行接枝反应，得到氧化石墨烯-纳米二氧化硅复合材料。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述氧化石墨烯的质量与乙醇、水的体积比为(5～500)mg：100mL：(25～45)mL。3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述氨水的质量浓度为25～28％；所述氧化石墨烯的质量与氨水的体积比为(5～500)mg：(2～4)mL。4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述氧化石墨烯的质量与正硅酸乙酯的体积比为(5～500)mg：(3～9)mL。5.根据权利要求1所述的制备方法，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：崔宏志，杨海宾，唐路平，邢锋，包小华，董志君，
申请(专利权)人：深圳大学，
类型：发明
国别省市：广东,44