CN108609603B - 一种含有石墨烯涂层的碳泡沫及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明为一种含有石墨烯涂层的碳泡沫，其特征在于涂层的厚度为0.5‑5μm，涂层中石墨烯体积占比为20‑30％，碳泡沫基体的热膨胀系数与含有石墨烯涂层的热膨胀系数之差小于15％，碳泡沫泡孔直径为50‑200μm，热导率为0.036‑0.685W/(m/K)，密度为4.57‑9.62kg/m3，压缩强度为5‑15MP，孔隙率大于96％，BET比表面积大于250‑600m2/g。含有石墨烯涂层能够有效的提高碳泡沫的力学性能、隔热性能、增加比表面积、提供丰富的官能团，使其在催化剂载体、隔热材料等的方面具有广泛的应用前景。

Description

一种含有石墨烯涂层的碳泡沫及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种泡沫的制备方法，尤其是涉及一种带石墨烯碳涂层的碳泡沫的制备方法，属于碳材料领域。
背景技术
碳泡沫是一种由孔泡和相互连接的孔泡壁组成的具有三维网状结构，呈类海绵状的新型炭质材料，具有低密度、高孔隙率、较大的比表面积、良好的吸附性能、较低的热膨胀系数和低热导系数等特点，可作为隔热材料，优质夹层材料，能力存储电极，能量吸收材料，催化剂载体和除臭除味剂等，在化工，航空航天和电子等领域均有着广泛的应用价值。
石墨烯是一种单原子厚的二维材料，自发现以来，因独特优良的电学、光学和力学性质而具有广泛应用前景，氧化石墨烯是在制备石墨烯的过程中产生的一种重要的石墨烯衍生物，经过化学功能化修饰的氧化石墨烯能够稳定分散在多种的常用有机溶剂中，形成稳定的氧化石墨烯悬浮液，氧化石墨烯表面含有大量氧活性基团，这些基团赋予氧化石墨烯一些新的特性，如分散性、亲水性、与聚合物的兼容性，提高聚合物的耐热性。
申请号为CN 200680051980.1的专利提供了一种含有玻璃碳涂层的碳泡沫的制备的方法，是通过给碳泡沫体涂布一个玻璃碳涂层形成的，先使一种苯酚类或聚氨酯类泡沫体在惰性气氛中在高温下碳化制得碳泡沫，然后将泡沫加工成所需形状，用一种细碳粉或石墨粉处理其表面，随后将一种树脂施用到该碳泡沫体表面上，将有涂层的碳泡沫体块烧成使得该树脂碳化成一种玻璃态涂层。
申请号为CN 200710173126.9的专利提供了一种高强度煤焦油沥青碳泡沫材料的制备方法，将煤焦油沥青经过热解制备出中间相沥青，粉碎后加入甲苯溶液中萃取，干燥，再加入高压反应釜，抽真空升温到沥青软化点以上并充入惰性气体，在350-500℃的温度和6-80kg/cm2的压力下保持120-240分钟，释放压力，冷却到室温，得到沥青泡沫材料，将沥青碳泡沫材料在1300-1600℃氮气保护下，制得碳泡沫材料，碳泡沫压缩强度大于20MPa。
申请号为CN 200910093957.4的专利提供了添加空心陶瓷球的碳泡沫隔热材料的制备方法：按原料配方在酚醛树脂中顺次加入表面活性剂、发泡剂和空心陶瓷微球，用机械搅拌和超声波振荡相结合的方式对混合物进行均匀分散；向分散均匀后的混合物中加入固化剂，搅拌后浇注到模具中发泡并且固化，得到酚醛泡沫；将酚醛泡沫去壳处理后，放入真空碳化炉中，在真空条件下以平均0.5℃/min的速率加热到800℃，得到碳泡沫隔热材料。该高温隔热材料具有质量轻，强度高，热导率低，热膨胀系数低，成本低和可设计性等优点
目前碳泡沫由于其强度较低、易碎、韧性不足缺点，使其应用受到限制，上述发明给出了一些用于提高碳泡沫力学性能的思路，通过添加增强相或涂层来提高碳泡沫的力学性能取得了一定的增强效果，而在碳泡沫表面制备含有石墨烯涂层能够有效的提高碳泡沫的力学性能、隔热性能、增加比表面积、提供丰富的官能团，使其在催化剂载体、隔热材料等的方面具有广泛的应用前景。
发明内容
本发明的目的旨在克服现有技术的不足，提供一种含石墨烯涂层的碳泡沫及其制备方法，其特征在于涂层的厚度为0.5-5μm，涂层中石墨烯体积占比为10-30％，碳泡沫基体的热膨胀系数与含有石墨烯涂层的热膨胀系数之差小于15％，碳泡沫泡孔直径为50-200μm，热导率为0.036-0.685W/(m/K)，密度为4.57-9.62kg/m3，压缩强度为5-15MP，孔隙率大于96％，BET比表面积大于250-600m2/g。
所述的一种含有石墨烯碳涂层的碳泡沫的制备方法包括以下顺序的步骤：
(1)将三聚氰胺甲醛泡沫先用丙酮清洗，然后用质量分数为10％氨水溶液清洗，再用蒸馏水清洗，然后放入烘箱内在50-70℃下干燥6-8h；
(2)将石墨烯粉末分散在水中，超声波振荡1-3h，形成石墨烯水溶液，石墨烯质量分数为5-10％，石墨烯为过3500目的氧化石墨烯；
(3)将步骤(2)配制好的石墨烯水溶液加入的树脂溶液中，先以500-1000rpm转速进行机械搅拌1-2h，再超声波振荡1-2h后制得分散均匀的混合溶液，混合溶液粘度为5-8MPa·s，树脂为酚醛树脂、环氧树脂或二者混合物；
(4)将步骤(1)处理后的三聚氰胺甲醛泡沫放入步骤(3)中的混合溶液中进行真空加压浸渍，加压0.5-2MPa，保压时间1-3h；
(5)将步骤(4)浸渍后的三聚氰胺甲醛树脂泡沫放入烘箱内在80-150℃下干燥6-10h；
(6)将步骤(5)干燥后的三聚氰胺甲醛树脂泡放入真空热解炉中进行热解，抽真空至1-100Pa，以流动的氩气为保护气，以1-5℃/min升温至450℃-600℃，保温1-3h后制得含有石墨烯碳涂层的碳泡沫。
本发明的有益技术效果在于：
(1)密度低、导热系数低、压缩强度高可用于隔热材料夹层及抗热震材料；(2)具有较高的比表面积和丰富的官能团可用于催化行业；(3)涂层与基体结合强度高；(4)减小热解过程中体积收缩(4)制备工艺简单、成本低。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐明本发明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定。
实施例1
一种含有石墨烯涂层的碳泡沫，其特征在于涂层的厚度为2μm，涂层中石墨烯体积占比为22％，碳泡沫基体的热膨胀系数与含有石墨烯涂层的热膨胀系数之差为11％，碳泡沫泡孔直径为80μm，热导率为0.284W/(m/K)，密度为5.68kg/m3，压缩强度为6.87MP，孔隙率为98.4％，BET比表面积大于307m2/g。
所述的一种含有石墨烯碳涂层的碳泡沫，其特征在于制备方法包括以下顺序的步骤：
(1)将碳泡沫前驱体先用丙酮清洗，然后用质量分数为10％氨水溶液清洗，再用蒸馏水清洗，然后放入烘箱内在60℃下干燥6.5h，碳泡沫的前驱体为三聚氰胺甲醛泡沫；
(2)将石墨烯粉末分散在水中，超声波振荡2h，形成石墨烯水溶液，石墨烯质量分数为8％，石墨烯为过3500目的氧化石墨烯；
(3)将步骤(2)配制好的石墨烯水溶液加入的树脂溶液中，先以800rpm转速进行机械搅拌1h，再超声波振荡2h后制得分散均匀的混合溶液，混合溶液粘度为6.4MPa·s，树脂为酚醛树脂、环氧树脂或二者混合物；
(4)将步骤(1)处理后的三聚氰胺甲醛泡沫放入步骤(3)中的混合溶液中进行真空加压浸渍，加压1.5MPa，保压时间1.5h；
(5)将步骤(4)浸渍后的三聚氰胺甲醛树脂泡沫放入烘箱内在100℃下干燥7h；
(6)将步骤(5)干燥后的三聚氰胺甲醛树脂泡放入真空热解炉中进行热解，抽真空至60Pa，以流动的氩气为保护气，以2℃/min升温至480℃，保温2.5h后制得含有石墨烯碳涂层的碳泡沫。
实施例2
一种含有石墨烯涂层的碳泡沫，其特征在于涂层的厚度为4μm，涂层中石墨烯体积占比为23％，碳泡沫基体的热膨胀系数与含有石墨烯涂层的热膨胀系数之差为10％，碳泡沫泡孔直径为90μm，热导率为0.468W/(m/K)，密度为7.46kg/m3，压缩强度为12.5MP，孔隙率为98.9％，BET比表面积大于427m2/g。
一种含有石墨烯碳涂层的碳泡沫，其特征在于制备方法包括以下顺序的步骤：
(1)将碳泡沫前驱体先用丙酮清洗，然后用质量分数为10％氨水溶液清洗，再用蒸馏水清洗，然后放入烘箱内在65℃下干燥7h，碳泡沫的前驱体为三聚氰胺甲醛泡沫；
(2)将石墨烯粉末分散在水中，超声波振荡2h，形成石墨烯水溶液，石墨烯质量分数为8％，石墨烯为过3500目的氧化石墨烯；
(3)将步骤(2)配制好的石墨烯水溶液加入的树脂溶液中，先以500-1000rpm转速进行机械搅拌2h，再超声波振荡1h后制得分散均匀的混合溶液，混合溶液粘度为7.4MPa·s，树脂为酚醛树脂、环氧树脂或二者混合物；
(4)将步骤(1)处理后的三聚氰胺甲醛泡沫放入步骤(3)中的混合溶液中进行真空加压浸渍，加压2MPa，保压时间3h；
(5)将步骤(4)浸渍后的三聚氰胺甲醛树脂泡沫放入烘箱内在100℃下干燥8h；
(6)将步骤(5)干燥后的三聚氰胺甲醛树脂泡放入真空热解炉中进行热解，抽真空至90Pa，以流动的氩气为保护气，以3℃/min升温至450℃-600℃，保温3h后制得含有石墨烯碳涂层的碳泡沫。
上述仅为本发明两个具体实施方式，但本发明的设计构思并不局限于此，凡利用此构思对本发明进行非实质性的改动，均应属于侵犯本发明保护的范围的行为。但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何形式的简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (2)

1.一种含有石墨烯涂层的碳泡沫，其特征在于涂层的厚度为0.5-5μm，涂层中石墨烯体积占比为20-30％，碳泡沫基体的热膨胀系数与含有石墨烯涂层的热膨胀系数之差小于15％，碳泡沫泡孔直径为50-200μm，热导率为0.036-0.685W/(m·K)，密度为4.57-9.62kg/m3，压缩强度为5-15MPa，孔隙率大于96％，BET比表面积大于250-600m2/g。
2.根据权利要求1所述的一种含有石墨烯涂层的碳泡沫，其特征在于制备方法包括以下顺序的步骤：
(1)将三聚氰胺甲醛泡沫清洗，然后用质量分数为10％氨水溶液清洗，再用蒸馏水清洗，然后放入烘箱内在50-70℃下干燥6-8h；
(2)将石墨烯粉末分散在水中，超声波振荡1-3h，形成石墨烯水溶液，石墨烯质量分数为5-10％，石墨烯为过3500目的氧化石墨烯；
(3)将步骤(2)配制好的石墨烯水溶液加入到树脂溶液中，先以500-1000rpm转速进行机械搅拌1-2h，再超声波振荡1-2h后制得分散均匀的混合溶液，混合溶液粘度为5-8mPa·s，树脂为酚醛树脂、环氧树脂或二者混合物；
(4)将步骤(1)处理后的三聚氰胺甲醛泡沫放入步骤(3)中的混合溶液中进行真空加压浸渍，加压0.5-2MPa，保压时间1-3h；
(5)将步骤(4)浸渍后的三聚氰胺甲醛树脂泡沫放入烘箱内在80-150℃下干燥6-10h；
(6)将步骤(5)干燥后的三聚氰胺甲醛树脂泡放入真空热解炉中进行热解，抽真空至1-100Pa，以流动的氩气为保护气，以1-5℃/min升温至450℃-600℃，保温1-3h后随炉冷却制得含有石墨烯碳涂层的碳泡沫。
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Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
BR112021008076A2 (pt) * 2018-10-29 2021-08-03 China Petroleum & Chemical Corporation material compósito poroso, método para preparar o material compósito poroso, uso do material compósito poroso e método para pirólise ou reciclagem de uma substância compreendendo um composto orgânico
CN109437147B (zh) * 2018-10-31 2020-12-29 石狮市川大先进高分子材料研究中心 一种多功能碳泡沫的制备方法
CN109721945A (zh) * 2019-01-16 2019-05-07 苏州宏久航空防热材料科技有限公司 一种高介电常数无机泡沫树脂基复合材料基板及其制备方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104151775A (zh) * 2014-08-01 2014-11-19 天津工业大学 一种三维交联石墨烯泡沫结构增强树脂复合材料的制备方法
CN104591131A (zh) * 2015-01-27 2015-05-06 航天材料及工艺研究所 一种石墨烯增强高导热泡沫碳的制备方法
CN106783198A (zh) * 2016-11-18 2017-05-31 上海应用技术大学 一种三维弹性氮掺杂的碳泡沫复合电极材料及其制备方法

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10010859B2 (en) * 2015-12-28 2018-07-03 Nanotek Instruments, Inc. Integral 3D graphene-carbon hybrid foam and devices containing same

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104151775A (zh) * 2014-08-01 2014-11-19 天津工业大学 一种三维交联石墨烯泡沫结构增强树脂复合材料的制备方法
CN104591131A (zh) * 2015-01-27 2015-05-06 航天材料及工艺研究所 一种石墨烯增强高导热泡沫碳的制备方法
CN106783198A (zh) * 2016-11-18 2017-05-31 上海应用技术大学 一种三维弹性氮掺杂的碳泡沫复合电极材料及其制备方法

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