本申请公开了一种中空管状石墨烯的制备方法及其应用。中空管状石墨烯的制备方法，包括以下步骤：(S1)将生物基材料的表面涂覆电解质溶液，烘干后浸入氧化石墨烯分散液中，烘干，得到中间物质；(S2)将步骤(S1)得到的中间物质进行碳化，分离，得到所述中空管状石墨烯；步骤(S1)中，所述生物基材料的形貌为圆柱状。该中空管状石墨烯为具有优异压缩回复性能的各向异性石墨烯，可通过改变中空管状石墨烯排列方向与电磁波电场方向的夹角和压缩比调整材料的屏蔽性能。此外，还具有良好的导电、回弹、压缩率等综合性能。在电磁屏蔽领域、柔性传感器领域、柔性发热领域中具有很好的应用前景。柔性发热领域中具有很好的应用前景。柔性发热领域中具有很好的应用前景。
【技术实现步骤摘要】
一种中空管状石墨烯的制备方法及应用
[0001]本申请涉及一种中空管状石墨烯的制备方法及应用，属于电磁屏蔽材料以及传感器材料领域。
技术介绍
[0002]随着现代科学技术的进步，各种电子、电气设备大量投入使用，电磁污染日益激烈。有害的电磁波不仅会影响电子设备本身及周围设备的正常运行，使其发生故障和退化，也会对周围的生物造成辐射损害，危害人体健康，因此开发高效的材料来减轻电磁干扰污染极其重要。
[0003]传统的电磁屏蔽材料多为各向同性的，比如将Fe、Co、Ni、碳纳米管、石墨烯等导电填料均匀分散在聚合物基体中得到聚合物基导电材料。这类电磁屏蔽材料具有电导率高，力学性能好等优点，但由于其结构呈现各向同性，屏蔽性能调节主要依赖于改变导电填料含量、材料厚度等方式实现，难以实现便捷的屏蔽性能调节，在实际应用方面有很大的局限性。此外，传统的电磁屏蔽材料功能单一，在复杂环境中的使用受限。
技术实现思路
[0004]为解决现有电磁屏蔽材料屏蔽性能调节方式困难，功能单一等问题，本专利技术提供了一种管状石墨烯的制备方法及其产品和应用。该方法制备了具有优异压缩回复性能的各向异性石墨烯，可通过改变管状石墨烯排列方向与电磁波电场方向的夹角和压缩比调整材料的屏蔽性能。此外，还具有良好的导电、回弹、压缩率等综合性能。
[0005]本专利技术采用生物基材料作为模板，制备管状的石墨烯，其优点在于，可以通过定向排列引入取向结构，制备出各向异性管状石墨烯，其屏蔽性能可以通过改变管状石墨烯排列方向与电磁波电场方向的夹角实现，而且所制备的管状石墨烯具有导电性好、能压缩回弹、压缩率大、厚度可控等特点。
[0006]根据本申请的第一个方面，提供一种中空管状石墨烯的制备方法。
[0007]一种中空管状石墨烯的制备方法，包括以下步骤：
[0008](S1)将生物基材料的表面涂覆电解质溶液，烘干后浸入氧化石墨烯分散液中，烘干，得到中间物质；
[0009](S2)将步骤(S1)得到的中间物质进行碳化，分离，得到所述中空管状石墨烯；
[0010]步骤(S1)中，所述生物基材料的形貌为圆柱状。
[0011]可选地，步骤(S1)中，所述生物基材料的直径为0.5～5mm。
[0012]优选地，所述生物基材料的直径为1～3mm。
[0013]可选地，所述生物基材料的直径独立地选自0.5mm、1mm、1.5mm、1.6mm、2mm、2.5mm、3mm、3.5mm、4mm、4.5mm、5mm中的任意值或任意两者之间的范围值。
[0014]生物基材料的直径也会影响中空管状石墨烯的直径，最终影响材料的电磁屏蔽效果，生物基材料的直径越小，所制备得到的中空管状石墨烯的直径也越小，最终获得的中空
管状石墨烯的屏蔽性能越高。
[0015]可选地，所述生物基材料的长度为2～20cm。
[0016]优选地，所述生物基材料的长度为5～10cm。
[0017]可选地，步骤(S1)中，所述生物基材料选自蔺草、秸秆、芦苇、狗尾草、木材中至少一种。该方法中，充分利用了生物基材料碳化过程中的收缩率与氧化石墨烯不同，经碳化后，生物基材料的收缩率大于氧化石墨烯，所以两者能有效的分离。
[0018]可选地，步骤(S1)中，所述电解质溶液的浓度为0.1～2M。
[0019]优选地，所述电解质溶液的浓度为0.5～2M。
[0020]可选地，所述电解质溶液的浓度独立地选自0.1M、0.2M、0.5M、0.7M、1M、1.2M、1.5M、1.7M、2M中的任意值或任意两者之间的范围值。
[0021]电解质溶液浓度也会影响中空管状石墨烯的电磁屏蔽性能，电解质溶液浓度太低，最终形成的石墨烯膜厚度过低，材料的屏蔽效果也会过低。
[0022]可选地，所述电解质溶液中的电解质选自CaCl2、CuSO4、BaCl2中的至少一种。
[0023]可选地，电解质溶液为电解质的水溶液。
[0024]可选地，步骤(S1)中，氧化石墨烯分散液的浓度为1～20mg/mL。
[0025]优选地，氧化石墨烯分散液的浓度为5～10mg/mL。
[0026]可选地，氧化石墨烯分散液的浓度独立地选自1mg/mL、2mg/mL、5mg/mL、8mg/mL、10mg/mL、12mg/mL、15mg/mL、17mg/mL、20mg/mL中的任意值或任意两者之间的范围值。
[0027]可选地，氧化石墨烯分散液为氧化石墨烯在水中的分散液。
[0028]可选地，步骤(S1)中，所述浸入的时间为1～60s。
[0029]优选地，所述浸入的时间为10～20s。
[0030]可选地，浸入的时间独立地选自1s、5s、10s、15s、20s、25s、30s、35s、40s、45s、50s、55s、60s中的任意值或任意两者之间的范围值。
[0031]生物基材料浸入氧化石墨烯分散液的时间也会影响中空管状石墨烯的电磁屏蔽性能，时间过短，最终得到的石墨烯膜厚度较小，不易形成完整的管状石墨烯，且屏蔽性能过低。时间过长，氧化石墨烯组装过程提前达到平衡，膜厚度不再增加。
[0032]可选地，步骤(S2)中，所述碳化的条件为：
[0033]碳化的温度为300～3000℃；碳化的时间为1～6h。
[0034]优选地，碳化的温度为900～3000℃；碳化的时间为2～4h。
[0035]可选地，碳化的温度为300～3000℃。
[0036]优选地，碳化的温度为900～3000℃。
[0037]优选地，碳化的时间为3h。
[0038]可选地，碳化的温度独立地选自300℃、500℃、800℃、900℃、1000℃、1200℃、1500℃、1800℃、2000℃、2200℃、2500℃、2800℃、3000℃中的任意值或任意两者之间的范围值。
[0039]高温碳化过程中，去除了氧化石墨烯中的含氧官能团和修复了无规碳缺陷，获得了还原氧化石墨烯。碳化温度的选择会直接影响材料的屏蔽效果。温度越高，氧化石墨烯还原程度越彻底，结构越完整，因此电导率越高，屏蔽效果越好。温度过低，氧化石墨烯还原不彻底，含氧官能团残留多，电磁屏蔽效果就会越低。
[0040]可选地，步骤(S2)中，所述碳化在非活性气体氛围下进行。
[0041]优选地，所述非活性气体选自氮气、氦气、氩气中的至少一种。
[0042]惰性气氛下，氧化石墨烯能充分被还原成碳，避免与氧气接触变成一氧化碳和二氧化碳。
[0043]可选地，通过升温达到碳化的温度，所述升温的速率为2～10℃/min。
[0044]可选地，通过升温达到碳化的温度，所述升温的速率为5℃/min。
[0045]作为一种具体的实施方式，中空管状石墨烯的制备方法包括：
[0046](1)选取直径为0.5
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5.0mm柱状生物基材料为模板，在所选取的生物基材本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种中空管状石墨烯的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(S1)将生物基材料的表面涂覆电解质溶液，烘干后浸入氧化石墨烯分散液中，烘干，得到中间物质；(S2)将步骤(S1)得到的中间物质进行碳化，分离，得到所述中空管状石墨烯；步骤(S1)中，所述生物基材料的形貌为圆柱状。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(S1)中，所述生物基材料的直径为0.5～5mm；优选地，所述生物基材料的直径为1～3mm；优选地，所述生物基材料的长度为2～20cm；优选地，步骤(S1)中，所述生物基材料选自蔺草、秸秆、芦苇、狗尾草、木材中至少一种。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(S1)中，所述电解质溶液的浓度为0.1～2M；优选地，所述电解质溶液的浓度为0.5～2M；优选地，所述电解质溶液中的电解质选自CaCl2、CuSO4、BaCl2中的至少一种；优选地，步骤(S1)中，氧化石墨烯分散液的浓度为1～20mg/mL；优选地，氧化石墨烯分散液的浓度为5～10mg/mL。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(S1)中，所述浸入的时间为1～60s；优选地，所述浸入的时间为10～20s。5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(S2)中，所述碳化的条件为：碳化的温度为300～3000...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈佳丽，沈斌，郑文革，
申请(专利权)人：中国科学院宁波材料技术与工程研究所，
类型：发明
国别省市：
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