【技术实现步骤摘要】
本申请涉及一种陶瓷材料，特别是涉及一种利用废弃物料制备碳包覆二氧化硅微纳米纤维气凝胶材料的方法。
技术介绍
1、陶瓷作为一种化学性能稳定、耐酸耐酸、抗氧化、耐高温的材料，其工程应用前景广泛。但是，目前市场中现有的陶瓷材料都是绝缘体或半导体，不具备常温导电的特性，大大限制了陶瓷材料在更广泛领域中的应用。同时，陶瓷材料通常都具有坚硬、易脆、密度高、孔隙率低的特性，从而使陶瓷材料优良的化学稳定性能无法应用在某些特殊领域，如条件恶劣的催化领域。
2、柔软、不易脆、可压缩、可回弹、密度低、孔隙率高，且具有高精度、高灵敏度、工作范围大的柔性记忆陶瓷导电材料的应用前景巨大，但是该柔性记忆陶瓷导电材料的研究与开发进程缓慢，且现有技术工艺复杂，制造成本高，大大限制了柔性记忆陶瓷导电材料的应用和发展。
3、同时，人类活动中产生的各类白色垃圾、生活垃圾、工业垃圾对自然环境造成了巨大的挑战。
技术实现思路
1、本申请的目的在于利用各类含碳的废弃物料作为碳源，制备一种具有高精度、高灵敏度、工作范围大的柔性记忆的碳包覆二氧化硅微纳米纤维材料。在降低碳包覆二氧化硅微纳米纤维制造成本的同时还能提升废物利用率，减少碳排放。
2、本申请提供了一种碳包覆二氧化硅微纳米纤维材料的制备方法，包括以下步骤：
3、(1)制备可纺性的原材料混合溶液：
4、将聚合物溶于溶剂中，以第一搅拌速度搅拌第一搅拌时间至溶液均匀形成聚合物溶液；再按照催化剂、聚合物溶液和硅源的加料顺序
5、(2)制备前驱体：将可纺性的混合溶液使用纺丝装置纺制成固态的微纳米纤维，将微纳米纤维进行堆积，得到二氧化硅气凝胶的前驱体；
6、(3)烧结前驱体：将前驱体和废弃物料放入密闭烧结炉中进行高温烧结，最终得到的烧结产物为黑色微纳米纤维物质，即碳包覆二氧化硅微纳米纤维材料；所述前驱体与废弃物料的质量比≤1:5。
7、所述烧结炉内的压力范围为1～1.5倍大气压。
8、所述废弃物料为废弃的人工合成聚合物制品、天然聚合物制品和动植物遗骸中的至少一种。
9、所述废弃物料选自废弃塑料、橡胶、衣物、甲壳、骨头或毛发中的至少一种。
10、所述前驱体在烧结炉中放置于废弃物料上方。
11、所述烧结的过程为：从室温以2-10℃/min的升温速率升至800-1000℃，在800-1000℃环境中保持烧结0-1小时。
12、所述烧结的过程为：在600-1200℃下烧结10-300秒，所述前驱体的厚度≤5cm。
13、所述聚合物选自聚乙烯吡咯烷酮pvp、聚氧化乙烯peo、聚乙二醇peg、聚丙烯酰胺pam、聚氨酯pu和聚乙烯醇pva中的至少一种；所述聚合物溶液中聚合物与溶剂的质量比为1:99～20:80；
14、和/或，所述溶剂选自去离子水、无水乙醇、乙腈、丙酮和二甲基酰胺中的至少一种；
15、和/或，所述硅源选自硅酸四乙酯、硅酸乙酯32、硅酸乙酯40、正硅酸甲酯、硅酸钠中的至少一种；
16、和/或，所述催化剂选自硝酸、磷酸、盐酸、柠檬酸、醋酸、尿素和十六烷基三甲基溴化铵中的至少一种；
17、所述聚合物溶液、硅源和催化剂的质量比为1:0.15-0.8:0.0015-0.008。
18、所述第一搅拌速度为500-1000rpm；所述第一搅拌时间为4-8小时；所述第二搅拌速度为500-1300rpm；所述第二搅拌时间为1-2.5小时，所述静置时间为0-1小时；
19、所述纺丝装置为离心纺丝装置、气流纺丝装置、静电纺丝装置，纺丝环境温度为1-40℃，环境相对湿度为20-65％rh。
20、本专利技术提供的一种碳包覆二氧化硅微纳米纤维材料是按照上述的制备方法制备得到。
21、本专利技术提供一种上述的碳包覆二氧化硅微纳米纤维材料作为传感器、电磁屏蔽材料、电催化材料或电池负极的应用。
22、本专利技术具有以下优点：
23、1、本专利技术使用废弃的垃圾作为原材料，提升废物回收利用率，提升废弃物的利用价值，有利于环境保护，更有利于降低生产成本。
24、2、本专利技术的烧结工艺是在常压或低压条件下进行，相比于真空或高压条件的烧结炉，本专利技术所使用的烧结炉设备要求更低，设备投入成本更低，生产更安全。
25、3、本专利技术的烧结过程可以选择在无需通入特殊气氛(如氩气、氮气等)条件下进行，大大节省了使用气氛所产生的成本。
26、4、本专利技术得到的材料是一种陶瓷材料，该陶瓷材料在常温条件下即可导电，而传统陶瓷材料需要在高温条件下才能导电，本专利技术的陶瓷导电材料打破了陶瓷材料只能做半导体的现状。
27、5、本专利技术得到的陶瓷材料具有低密度、高孔隙率、高比表面积、可压缩、可弯折、可回弹等性能，打破了传统陶瓷材料致密、易脆的现状。
28、6、本专利技术得到的陶瓷材料具有良好的热稳定性、化学稳定性、电化学惰性、耐火性，适用于各种严苛环境，可以耐酸耐碱、耐高温可达到1600℃、耐低温可达到-196℃。
29、7、本专利技术的碳包覆二氧化硅微纳米纤维材料具有以下效果：a.作为传感器材料，可以在严苛环境下正常工作，且由于材料的微观结构是微纳米纤维结构，该结构可以探测到纳米级的震动，因此灵敏度极高。b.本专利技术的微纳米纤维材料是一种硅碳材料，可用作电池负极材料，提升电池能力比。c.本专利技术的微纳米纤维材料比表面积大、孔隙率高，且表面层为碳，可以作为电催化材料。d.本专利技术的微纳米纤维气凝胶是一种硅碳材料，可用作电磁屏蔽材料。e.本专利技术的碳包覆二氧化硅陶瓷气凝胶材料具有高温抗氧化特性，可用于金属表面涂层，有助于金属的高温抗氧化性能。
30、根据下文结合附图对本申请的具体实施例的详细描述，本领域技术人员将会更加明了本申请的上述以及其他目的、优点和特征。
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1.一种利用废弃物制备碳包覆二氧化硅微纳米纤维材料的方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在密闭的烧结炉壁上设有泄压阀，所述烧结炉内的压力范围为1～1.5倍大气压。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述废弃物料为废弃的人工合成聚合物制品、天然聚合物制品和动植物遗骸中的至少一种。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述废弃物料选自废弃塑料、橡胶、衣物、甲壳、骨头或毛发中的至少一种。
5.根据权利要求1-4任一项所述的方法，其特征在于，所述前驱体在烧结炉中放置于废弃物料上方。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述烧结的过程为：从室温以2-10℃/min的升温速率升至800-1000℃，在800-1000℃环境中保持烧结0-1小时。
7.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述烧结的过程为：在600-1200℃下烧结10-300秒，所述前驱体的厚度≤5cm。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，
9.一种碳包覆
10.一种权利要求9所述的碳包覆二氧化硅微纳米纤维材料作为传感器、电磁屏蔽材料、电催化材料或电池负极的应用。
...【技术特征摘要】
1.一种利用废弃物制备碳包覆二氧化硅微纳米纤维材料的方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在密闭的烧结炉壁上设有泄压阀，所述烧结炉内的压力范围为1～1.5倍大气压。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述废弃物料为废弃的人工合成聚合物制品、天然聚合物制品和动植物遗骸中的至少一种。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述废弃物料选自废弃塑料、橡胶、衣物、甲壳、骨头或毛发中的至少一种。
5.根据权利要求1-4任一项所述的方法，其特征在于，所述前驱体在烧结炉中放置于废弃物料上方。
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【专利技术属性】
技术研发人员：李臻，刘行勇，周剑，李柏霄，
申请(专利权)人：佛山市中柔材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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