本发明专利技术提供了一种碳纤维@GO气凝胶、其制备方法及应用。所述碳纤维@GO气凝胶由碳纤维、粘结剂和氧化石墨烯的混合溶液经定向冷冻、干燥后得到。本发明专利技术通过定向冷冻技术将具有中空结构的碳纤维和氧化石墨烯复合在一起，可以使得气凝胶具有质轻和隔热性好的特点，能够作为优异的隔热材料。同时，所述气凝胶具有垂直的定向排布结构，赋予其各向异性的特性，可以应用于特定场合。用于特定场合。用于特定场合。
【技术实现步骤摘要】
一种碳纤维@GO气凝胶、其制备方法及应用
[0001]本专利技术属于气凝胶材料
，具体涉及一种碳纤维@GO气凝胶、其制备方法及应用。
技术介绍
[0002]气凝胶材料是一种纳米级多孔固态材料，具有孔隙率高、比表面积大和密度极低的优点，对气凝胶进行组分或结构的设计能够调节其性能参数，已成为吸附剂、电磁吸收及屏蔽、电极电容器、储能以及生物医学在内的众多应用中的理想原材料。
[0003]目前，碳基气凝胶材料作为一种由碳材料组装成的三维互连网络材料，与常规气凝胶材料相比，具有优异的热稳定性，耐温性可达3000℃。其中，石墨烯气凝胶材料因具有高疏水性、高比表面积、高孔隙率和优异的化学稳定性的优点而被广泛应用。定向冷冻法通过冷却过程的精确调控，可以在多个尺度上对最终得到的多孔材料进行良好的调控，被广泛用于石墨烯气凝胶材料的制备。但定向冷冻制备气凝胶过程多以分散均匀的水相分散液冷冻制备冰晶导向成型，而石墨烯的分散性较差，因此需要以能够均匀分散的氧化石墨烯分散液进行冷冻。然而单一的氧化石墨烯材料的隔热性较差，因此在保持气凝胶的轻质特性的同时，提升氧化石墨烯气凝胶的隔热性是目前亟需解决的问题。
技术实现思路
[0004]有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种碳纤维@GO气凝胶、其制备方法及应用。所述碳纤维@GO气凝胶具有中空度高、质轻和隔热性好的优点，且其存在定向排布结构，从而具有各向异性的特性，可应用于制备防隔热材料。
[0005]为达到此目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0006]第一方面，本专利技术提供一种碳纤维@GO气凝胶，由碳纤维、粘结剂和氧化石墨烯的混合溶液经定向冷冻、干燥后得到。
[0007]其中，所述碳纤维包括中空碳纤维。
[0008]优选地，所述中空碳纤维选自树棉碳纤维、木棉碳纤维或棉花碳纤维中的任意一种或多种。
[0009]优选地，所述粘结剂选自聚乙烯醇和/或聚氯乙烯。
[0010]第二方面，本专利技术提供一种碳纤维@GO气凝胶的制备方法，包括以下步骤：
[0011](1)将碳纤维、粘结剂和氧化石墨烯分散液混合，将得到的混合溶液进行定向冷冻，得到冷冻的块材；
[0012]所述碳纤维包括中空碳纤维；
[0013](2)将得到的块材进行干燥处理，得到所述碳纤维@GO气凝胶。
[0014]优选地，所述氧化石墨烯分散液由氧化石墨烯与水混合后得到。
[0015]优选地，所述碳纤维和氧化石墨烯的质量比为1g:(40～60)mg。
[0016]优选地，所述粘结剂在混合溶液中的质量分数为0.5％～1％。
[0017]优选地，所述中空碳纤维由具有中空结构的生物质纤维在惰性气氛中经碳化处理后得到。
[0018]优选地，所述生物质纤维选自树棉纤维、木棉纤维或棉花纤维中的任意一种或多种。
[0019]优选地，所述碳化处理具体为：以不超过2℃/min的速率升温至600～800℃处理1～6h。
[0020]优选地，所述定向冷冻的温度为
‑
60～
‑
30℃。
[0021]第三方面，本专利技术提供一种防隔热材料，包括上述技术方案中涉及的碳纤维@GO气凝胶。
[0022]与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：
[0023]本专利技术提供了一种碳纤维@GO气凝胶，通过定向冷冻技术将碳纤维和氧化石墨烯复合在一起，所述碳纤维包括中空碳纤维，其具有的中空结构，可以使得气凝胶具有质轻和隔热性好的特点，可作为优异的隔热材料。同时，所述气凝胶具有垂直的定向排布结构，赋予其各向异性的特性，能够应用于特定场合，如不同方向需要差异性防隔热性能的特定场合。
附图说明
[0024]图1为实施例1得到的中空碳纤维的XRD图；
[0025]图2为实施例1得到的中空碳纤维的SEM图；
[0026]图3为实施例1得到的碳纤维@GO气凝胶的SEM图；
[0027]图4为对比例1和实施例1得到的碳纤维@GO气凝胶的宏观对比图。
具体实施方式
[0028]下面将结合本专利技术实施例，对本专利技术的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0029]针对现有技术中单一的氧化石墨烯材料组成的气凝胶隔热性较差的问题，本专利技术提供了一种碳纤维@GO气凝胶，由碳纤维、粘结剂和氧化石墨烯的混合溶液经定向冷冻、干燥后得到。在本专利技术中，所述碳纤维包括中空碳纤维，所述中空碳纤维选自树棉碳纤维、木棉碳纤维或棉花碳纤维中的任意一种或多种，所述粘结剂选自聚乙烯醇和/或聚氯乙烯。
[0030]本专利技术通过定向冷冻工艺，借助粘结剂将含有中空结构的碳纤维和氧化石墨烯复合在一起，经研究，得到的碳纤维@GO气凝胶同样具有中空结构，其密度为0.17g/cm3，热导率仅为0.04210W/m
·
K，具有质轻和隔热性好的特点，能够作为优异的隔热材料。同时，所述气凝胶具有垂直的定向排布结构，赋予其各向异性的特性，能够应用于特定场合。
[0031]在本专利技术的一些实施方案中，所述碳纤维@GO气凝胶由以下制备方法制备得到：
[0032](1)将碳纤维、粘结剂和氧化石墨烯分散液混合，将得到的混合溶液进行定向冷冻，得到冷冻的块材；
[0033]所述碳纤维包括中空碳纤维；
[0034](2)将得到的块材进行干燥处理，得到所述碳纤维@GO气凝胶。
[0035]按照本专利技术，首先将碳纤维、粘结剂和氧化石墨烯分散液混合，将得到的混合溶液进行定向冷冻，得到冷冻的块材。所述碳纤维包括中空碳纤维，所述中空碳纤维由具有中空结构的生物质纤维在惰性气氛中经碳化处理后得到，所述生物质纤维选自树棉纤维、木棉纤维或棉花纤维中的任意一种或多种，其中，树棉纤维、木棉纤维或棉花纤维均为天然具有中空形貌的生物质纤维，中空度大小依次为棉花纤维＜木棉纤维＜树棉纤维，因此在本专利技术中优选树棉纤维。在本专利技术的一些实施方案中，所述中空碳纤维由上述生物质纤维在惰性气氛下，以不超过2℃/min的速率升温至600～800℃碳化处理1～6h后得到，所述惰性气氛为本领域技术人员熟知的气体气氛即可，本专利技术优选氮气，其纯度≥99.99％。经XRD表征，发现经碳化处理后，生物质纤维中的碳转化为无定形单质碳，表明碳化完成。在本专利技术中，所述粘结剂用于在后续所述冷冻的块材经冷冻干燥后增强碳纤维和氧化石墨烯之间粘结力，具体可选自聚乙烯醇和/或聚氯乙烯，所述氧化石墨烯分散液由氧化石墨烯与水混合后得到，所述氧化石墨烯溶液分散液的质量浓度为1～6mg/mL。在本专利技术的一些实施方案中，按照碳纤维和氧化石墨烯的质量比为1g:(40～60)mg，将碳纤维、粘结剂和氧化石墨烯分散液混合，将得到的混合溶液进行定向冷冻，得到冷冻的块材。其中，所述粘结剂在混合溶液中的质量分数为0.5％本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种碳纤维@GO气凝胶，其特征在于，由碳纤维、粘结剂和氧化石墨烯的混合溶液经定向冷冻、干燥后得到；所述碳纤维包括中空碳纤维。2.根据权利要求1所述的碳纤维@GO气凝胶，其特征在于，所述中空碳纤维选自树棉碳纤维、木棉碳纤维或棉花碳纤维中的任意一种或多种；所述粘结剂选自聚乙烯醇和/或聚氯乙烯。3.一种碳纤维@GO气凝胶的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将碳纤维、粘结剂和氧化石墨烯分散液混合，将得到的混合溶液进行定向冷冻，得到冷冻的块材；所述碳纤维包括中空碳纤维；(2)将得到的块材进行干燥处理，得到所述碳纤维@GO气凝胶。4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述氧化石墨烯分散液由氧化石墨烯与水混合后得到；所述碳纤维和氧化石墨烯的质量比为1g:(40～60)mg。5.根据权利要求3所述的制备方法...
【专利技术属性】
技术研发人员：邓鹏飏，兰晓琳，郑春柏，张依帆，柳美华，魏巍，高健，
申请(专利权)人：中国科学院长春应用化学研究所，
类型：发明
国别省市：
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