连续超轻规则取向的纯石墨烯气凝胶薄膜及其制备方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN105731436A(43)申请公布日2016.07.06(21)申请号201610049449.6(22)申请日2016.01.25(71)申请人浙江碳谷上希材料科技有限公司地址310027浙江省杭州市西湖区西溪路525号C楼715室(72)发明人高超彭蠡孙海燕杨清(74)专利代理机构杭州求是专利事务所有限公司33200代理人邱启旺(51)Int.Cl.C01B31/04(2006.01)权利要求书2页说明书9页附图3页(54)发明名称连续超轻规则取向的纯石墨烯气凝胶薄膜及其制备方法(57)摘要本发明涉及一种连续超轻规则取向的纯石墨烯气凝胶薄膜及其制备得到。将一定浓度的超大片无碎片的氧化石墨烯通过一字型模口挤出后，凝固成氧化石墨烯凝胶膜，放入冰箱中缓慢冰冻或者液氮中快速冷冻。用冷冻干燥或超临界干燥后获得氧化石墨烯气凝胶薄膜，送入高温炉中进行高温热处理，即可获得高导热高导电超轻取向的石墨烯气凝胶膜。其导电率为100‐10000S/m，热导率为50‐800W/mK，在500MHz‐40GHz内屏蔽效能达到100‐150dB。本发明工艺简单、能耗低、绿色环保、可连续化操作，可应用于高效电磁屏蔽、柔性导热以及导电材料等。CN105731436ACN105731436A权利要求书1/2页1.一种连续超轻规则取向的纯石墨烯气凝胶薄膜，所述的石墨烯气凝胶薄膜密度为0.1‐1.0g/cm3，由石墨烯片层通过ππ共轭作用相互搭接而成，相邻的石墨烯片层之间具有贯穿的通孔，所有的通孔方向一致。所述石墨烯片层由石墨烯结构和石墨结构组成，石墨烯结构和石墨结构通过ππ共轭作用相互搭接，所述石墨烯结构由1‐4层平面取向的尺寸大于100μm的石墨烯片通过ππ共轭作用相互搭接而成。所述石墨结构由5层或5层以上的平面取向的尺寸大于100μm的石墨烯片通过ππ共轭作用相互搭接而成。且石墨烯片的缺陷极少，其ID/TG＜0.01。2.一种连续超轻规则取向的纯石墨烯气凝胶薄膜的制备方法，其特征在于，其步骤如下：(1)将浓度为4‐20mg/mL的平均尺寸>100um的氧化石墨烯水溶液从具有一字形出口的制备装置中连续匀速挤出后，在凝固液或液氮中停留10‐100秒，凝固成氧化石墨烯凝胶膜，将氧化石墨烯凝胶膜放入‐4～‐20℃的冰箱中冰冻1‐12h或者液氮中快速冷冻。(2)将步骤1冷冻处理后氧化石墨烯气凝胶薄膜，送入高温炉中进行高温热处理，处理方式为：在惰性气体氛围下先以0.1‐4℃/min升温到400℃，保温0.5‐1h，然后在惰性气体氛围下以2‐4℃/min升温到1300℃，保温1‐4h，然后在惰性气体氛围下以2‐4℃/min升温到3000℃，保温1‐2h，即可获得连续超轻规则取向的纯石墨烯气凝胶薄膜。3.如权利要求2所述的一种超轻取向的石墨烯气凝胶膜的制备方法，其特征在于，所述挤出速率为4‐20m/min之间。4.如权利要求2所述的一种超轻取向的石墨烯气凝胶膜的制备方法，其特征在于，所述的凝固液的温度为30‐60℃，由甲醇、乙醇、乙酸乙酯、正丁醇、乙二醇、环己酮、丙三醇、乙酸丁酯、丙二醇、醋酸正丙酯、乙酸、丙三醇、异丁醇、乙酸甲酯等中的一种或多种按照任意比组成。5.如权利要求2所述的一种超柔性高导热石墨烯薄膜的制备方法，其特征在于，所述步骤1中平均尺寸大于100um的氧化石墨烯通过以下方法得到：(1)将Modified‐Hummer法获得的氧化石墨片的反应液稀释后，于140目的网筛进行过滤，得到过滤产物；(2)将步骤1获得的过滤产物于冰水按照体积比1：10混合均匀后，静置2h，逐滴加入双氧水(H2O2的质量分数为30％)，直到混合液的颜色不再改变(即混合液中的高锰酸钾已完全去除)；(3)向步骤2处理后的混合液中逐滴加入浓盐酸(浓度为12mol/L)，直到絮状的氧化石墨消失，再用140目的网筛过滤出氧化石墨晶片；(4)将步骤3获得的氧化石墨晶片置于摇床中，20～80转/min，震荡洗涤，使得氧化石墨晶片剥离，得到无碎片超大片的氧化石墨烯，平均尺寸大于100um，分布系数在0.2‐0.5之间。6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述步骤1中的Modified‐Hummer法具体为：在‐10℃下，将高锰酸钾充分溶解于质量分数为98％的浓硫酸中，加入石墨，60转/分钟搅拌2h后停止搅拌，在低温(‐10‐20℃)下反应6‐48h，得到宽分布的氧化石墨片反应液；所述的石墨、高锰酸钾与浓硫酸质量体积比为：1g：2‐4g：30‐40ml，石墨的粒度大于150μm。7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述网筛为钛合金等耐酸网筛。2CN105731436A权利要求书2/2页8.根据权利要求5所述的方法