一种石墨烯气凝胶及其制备方法技术

本申请涉及气凝胶领域，更具体地说，它涉及一种石墨烯气凝胶及其制备方法。石墨烯气凝胶包括氧化石墨烯溶液和改性氧化石墨烯溶液A；改性氧化石墨烯溶液A包括以下制备原料：氧化石墨烯、水、聚乙烯亚胺、催化剂；其制备方法为：将氧化石墨烯溶液、改性氧化石墨烯溶液A混合，进行超声分散，得到氧化石墨烯分散液；将氧化石墨烯分散液冷冻，冷冻干燥得到待用物；对待用物进行灼烧处理，得到成品；改性氧化石墨烯溶液A制备方法包括以下步骤：将氧化石墨烯与水混合，超声分散，得到氧化石墨烯溶液A；往氧化石墨烯溶液A中加入聚乙烯亚胺和催化剂，搅拌均匀，静置反应，得到改性氧化石墨烯溶液A。本申请具有提高石墨烯气凝胶隔热性的优点。本申请具有提高石墨烯气凝胶隔热性的优点。

【技术实现步骤摘要】
一种石墨烯气凝胶及其制备方法


[0001]本申请涉及气凝胶领域，更具体地说，它涉及一种石墨烯气凝胶及其制备方法。

技术介绍

[0002]气凝胶是一种利用气体代替液相、以纳米颗粒为骨架而不改变凝胶本身结构及性质的高分散固态材料。气凝胶具有复杂的三维网络结构、纳米尺度的孔径和极低的固相体积，使气凝胶具有超高压缩回弹性、良好环境稳定性以及疏水性等独特性质。
[0003]石墨烯是一种二维蜂窝状晶体结构的碳材料，具有柔性、超薄等特性。石墨烯气凝胶是由石墨烯纳米片经过组装、搭接形成的多孔材料，具有气凝胶的结构特性。
[0004]现下，新能源汽车是大众研究的热点，而新能源汽车的动力电池则是热点中的热点。新能源汽车动力电池是由多个独立电芯通过并联或串联形成的电池模组，电能储存在每个电芯的内部。
[0005]一旦某个电芯引起短路，其内部储存的能量会在短时间内瞬间爆发，转变为大量的热能。如果该热能在电芯与电芯之间传播，短路现象则会马上扩散，引起连锁反应，引燃整个电池组，引发危险。因此，现在开始有了将石墨烯气凝胶填充在电芯与电芯之间的方案衍生，如何进一步提高石墨烯气凝胶的隔热性能显得尤为重要。

技术实现思路

[0006]为了提高石墨烯气凝胶的隔热性，本申请提供一种石墨烯气凝胶及其制备方法。
[0007]第一方面，本申请提供的一种石墨烯气凝胶采用如下的技术方案：一种石墨烯气凝胶，按质量份数，包括50
‑
75％的氧化石墨烯溶液和50
‑
25％的改性氧化石墨烯溶液A；改性氧化石墨烯溶液A包括以下制备原料：95
‑
105份氧化石墨烯、90
‑
110份水、5
‑
10份聚乙烯亚胺、6
‑
15份催化剂；催化剂为氢氧化钾、氢氧化钠中的一种。
[0008]在改性氧化石墨烯溶液A中引入聚乙烯亚胺进行改性，赋予改性氧化石墨烯溶液A正电荷效应和特定结构。聚乙烯亚胺将氧化石墨烯表面的羟基、羧基等基团转为氨基，使改性的氧化石墨烯表面带有正电荷，并赋予特殊的结构。
[0009]氧化石墨烯溶液带有负电荷，改性氧化石墨烯溶液A带有正电荷，两者之间因正负电荷的静电吸附相互吸引，由内部驱动自发进行层层自组装，形成三维的氧化石墨烯结构。由于是从内部自发进行自组装，带有正电荷效应的改性氧化石墨烯和带有负电荷效应的改性氧化石墨烯迅速相互交织，形成大量均匀、有序的纳米孔洞，有效缓解了所生产石墨烯气凝胶密度不均的缺陷。并且还有效降低了能量的流动和损耗，所形成的氧化石墨烯结构的骨架的稳定性更高，不容易被破坏，保持了骨架的完整程度，可以更加牢固网络住气体，从而赋予石墨烯气凝胶更强韧的力学性能和良好的隔热性。当外界热量接触到石墨烯气凝胶后，在表面均匀分散，被隔绝开来，从而具有更好的隔热性能。
[0010]优选的，所述氧化石墨烯与聚乙烯亚胺为1：(0.06
‑
0.08)。
[0011]通过采用上述技术方案，进一步限定氧化石墨烯与聚乙烯亚胺之间使用比例，是因为专利技术人在实际调试中发现该比例下改性的氧化石墨烯表面可以具有比较合适的正电荷效应，对氧化石墨烯结构的改变也不会对后续石墨烯气凝胶的制备产生负面的影响。
[0012]优选的，所述聚乙烯亚胺的分子量为550
‑
700。
[0013]通过采用上述技术方案，在该分子量下的聚乙烯亚胺作用在氧化石墨烯表面，可以赋予所生成石墨烯气凝胶具有更加强韧的骨架结构。
[0014]优选的，所述氧化石墨烯溶液的改性包括以下制备原料：95
‑
105份氧化石墨烯、130
‑
170份水、90
‑
115份溶剂、2
‑
5份甲基丙烯酸甲酯、0.02
‑
0.06份引发剂、1
‑
3份对羟基苯甲酸；得到改性氧化石墨烯溶液B；溶剂为N,N
‑
二甲基甲酰胺和N,N
‑
二甲基乙酰胺中的一种；引发剂为过硫酸钾引发剂。
[0015]通过采用上述技术方案，在氧化石墨烯溶液中引入了聚甲基丙烯酸甲酯和对羟基苯甲酸对氧化石墨烯进行改性，改变氧化石墨烯溶液的整体的结构，使其具有更强、更稳定的负电荷效应。
[0016]具体的，甲基丙烯酸甲酯接枝到氧化石墨烯上，引入了负电荷效应更强的酯基，增强了氧化石墨烯溶液整体的负电荷效应。同时，所生成的聚甲基丙烯酸甲酯与氧化石墨烯表面的羟基、羧基等形成氢键作用，增加了体系的机械强度，使结构更加稳定。而对羟基苯甲酸则与氧化石墨烯表面的环氧基发生反应，引入更多的羟基和羧基，也可以进一步提高整体的负电荷效应。在该改性方式下，不仅大大提高了被改性的氧化石墨烯的负离子稳定性，还大幅度增强氧化石墨烯表面的负电荷效果。
[0017]专利技术人发现经过上述改进之后得到的两种氧化石墨烯之间具有更好的静电吸附效果，迅速进行层层自组装，得到三维网络结构强劲、稳定的氧化石墨烯结构。所得到的氧化石墨烯结构具有更大的孔隙，但是结构却不容易坍塌、骨架力学性能得以增强。该结构再进行一系列高温还原、热处理后，即可得到特殊结构的石墨烯气凝胶。在实际考察中，该结构的石墨烯气凝胶具有较低的导热系数、较高的力学性能，十分适合应用在电池组之间，具有良好的推广前景。
[0018]优选的，所述改性氧化石墨烯溶液B与改性氧化石墨烯溶液A质量比为(55
‑
60):(45
‑
40)。
[0019]通过采用上述技术方案，进一步限定改性氧化石墨烯溶液B和改性氧化石墨烯溶液A的用量。专利技术人发现，在该限定用量下，带有正、负电荷效应的改性氧化石墨烯之间具有更强的相互吸引作用，可以进一步降低反应所需的能量，从而具有更加稳定的骨架结构，进一步保证石墨烯气凝胶的力学性能。
[0020]优选的，所述氧化石墨烯与甲基丙烯酸甲酯、对羟基苯甲酸的质量比为1：(0.03
‑
0.04)：(0.01
‑
0.02)。
[0021]通过采用上述技术方案，进一步限定氧化石墨烯与甲基丙烯酸甲酯、对羟基苯甲酸的用量，使甲基丙烯酸甲酯、对羟基苯甲酸处于一个合适的使用量范围内，赋予改性的氧化石墨烯结构适当的正电荷效应，不至于太强、也不至于太弱，与带有正电荷效应的改性氧化石墨烯溶液A之间具有良好的静电吸附效果。
[0022]优选的，氧化石墨烯溶液的改性制备方法包括以下步骤：将对羟基苯甲酸与20
‑
30％的溶剂混合，得到待用液A；将氧化石墨烯与水混合，超声分散，得到氧化石墨烯溶液B；将甲基丙烯酸甲酯与剩余的溶剂混合，搅拌，加入到氧化石墨烯溶液A中，然后继续加入引发剂搅拌混合均匀，再加入待用液A混合均匀，得到改性氧化石墨烯溶液B。
[0023]上述方案中，甲基丙烯酸甲酯与待用液A错开加入是为了降低待用液B在与氧化石墨烯表面的基团反应之前就有部分与待用液A反应的概率，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种石墨烯气凝胶，其特征在于，按质量份数，包括50
‑
75%的氧化石墨烯溶液和50
‑
25%的改性氧化石墨烯溶液A；改性氧化石墨烯溶液A包括以下制备原料：95
‑
105份氧化石墨烯、90
‑
110份水、5
‑
10份聚乙烯亚胺、6
‑
15份催化剂；催化剂为氢氧化钾、氢氧化钠中的一种。2.根据权利要求1所述的石墨烯气凝胶，其特征在于：所述氧化石墨烯与聚乙烯亚胺为1：（0.06
‑
0.08）。3.根据权利要求1所述的石墨烯气凝胶，其特征在于：所述聚乙烯亚胺的分子量为550
‑
700。4.根据权利要求1所述的石墨烯气凝胶，其特征在于：所述氧化石墨烯溶液采用以下原料成分的原料进行改性：95
‑
105份氧化石墨烯、130
‑
170份水、90
‑
115份溶剂、2
‑
5份甲基丙烯酸甲酯、0.02
‑
0.06份引发剂、1
‑
3份对羟基苯甲酸；改性后得到改性氧化石墨烯溶液B；溶剂为N,N
‑
二甲基甲酰胺和N,N
‑
二甲基乙酰胺中的一种。5.根据权利要求4所述的石墨烯气凝胶，其特征在于：所述改性氧化石墨烯溶液B与改性氧化石墨烯溶液A质量比为（55
‑
60）:（45
‑
40）。6.根据权利要求4所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑志成，朱全红，周招团，黄治豪，
申请(专利权)人：东莞市鸿亿导热材料有限公司，
类型：发明
国别省市：