石墨烯气凝胶薄膜、其制备方法及应用.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN114684811A(43)申请公布日2022.07.01(21)申请号202011595701.6(22)申请日2020.12.29(71)申请人中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所地址215123江苏省苏州市苏州工业园区独墅湖高教区若水路398号(72)发明人张学同李广勇(74)专利代理机构南京利丰知识产权代理事务所(特殊普通合伙)32256专利代理师王茹王锋(51)Int.Cl.C01B32/182(2017.01)C01B32/194(2017.01)C09K5/06(2006.01)权利要求书2页说明书9页附图13页(54)发明名称石墨烯气凝胶薄膜、其制备方法及应用(57)摘要本发明公开了一种石墨烯气凝胶薄膜、其制备方法及应用。所述石墨烯气凝胶薄膜具有致密化的、各向异性的三维多孔网络结构，其包括由石墨烯气凝胶纤维致密化堆积形成的层状结构、膜结构及有序蜂巢状孔结构，所述石墨烯气凝胶纤维由石墨烯片层有序搭接、组装获得。所述制备方法包括：使石墨烯气凝胶纤维进行排布，形成石墨烯气凝胶纤维聚集体，之后对其进行锻造，实现石墨烯气凝胶纤维内部多孔网络的致密化重组及石墨烯气凝胶纤维之间的粘连，获得石墨烯气凝胶薄膜。本发明的石墨烯气凝胶薄膜可用于制备柔性石墨烯气凝胶相变智能薄膜，实现热能调制、智能加热、热能转换与存储等功能的集成，且制备工艺简洁，反应条件温和，成本低，绿色无污染。CN114684811ACN114684811A权利要求书1/2页1.一种石墨烯气凝胶薄膜，其特征在于，所述石墨烯气凝胶薄膜具有致密化的、各向异性的三维多孔网络结构，所述三维多孔网络结构包括由石墨烯气凝胶纤维致密化堆积形成的层状结构、膜结构及有序蜂巢状孔结构，所述石墨烯气凝胶纤维由石墨烯片层有序搭接、组装获得。2.根据权利要求1所述的石墨烯气凝胶薄膜，其特征在于：所述三维多孔网络结构所含孔洞的孔径小于1μm；和/或，所述石墨烯气凝胶纤维的直径为10μm～1mm；和/或，所述石墨烯气凝胶薄膜的孔隙率为30～99％；和/或，所述石墨烯气凝胶薄膜的密度为20～900mg/cm3，优选为100～500mg/cm3；和/或，所述石墨烯气凝胶薄膜的厚度为5～1000μm，优选为50～300μm；和/或，所述石墨烯气凝胶薄膜的比表面积为10～600m2/g，孔容为0.1～2.0cm3/g；和/或，所述石墨烯气凝胶薄膜的面内轴向热导率为0.1～10W/mK，面内径向热导率为0.05～5W/mK，面内轴向热导率与面内径向热导率的比值1.5～10∶1；和/或，所述石墨烯气凝胶薄膜的面内轴向电导率为1～1000S/m，面内径向电导率为0.5～900S/m，所述面内轴向电导率与面内径向热导率的比值为2～100∶1；和/或，所述石墨烯气凝胶薄膜的面内轴向断裂强度为1～100MPa，面内径向断裂强度为0.01～10MPa，所述面内轴向断裂强度与面内径向断裂强度的比值为2～1000∶1。3.如权利要求1‑2中任一项所述的石墨烯气凝胶薄膜的制备方法，其特征在于包括：使石墨烯气凝胶纤维进行排布，形成石墨烯气凝胶纤维聚集体；对所述石墨烯气凝胶纤维聚集体进行锻造处理，实现石墨烯气凝胶纤维内部多孔网络的致密化重组及石墨烯气凝胶纤维之间的粘连，获得柔性、高强度的致密化石墨烯气凝胶薄膜。4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于包括：至少采用单轴向排列、正交排列、无规排列中的任意一种或两种以上组合的方式对所述石墨烯气凝胶纤维进行排布，制得所述石墨烯气凝胶纤维聚集体。5.根据权利要求3或4所述的制备方法，其特征在于：所述石墨烯气凝胶纤维的直径为10μm～1mm；和/或，所述石墨烯气凝胶纤维是经由氧化石墨烯液晶的湿法纺丝、化学还原、干燥处理制备得到的；优选的，所述化学还原采用的还原剂包括亚硫酸钠、氢碘酸、抗坏血酸、抗坏血酸钠、水合肼、硼氢化钠、乙二胺中的任意一种或两种以上组合；优选的，所述干燥处理包括冷冻干燥、减压干燥、真空干燥及常压干燥中的任意一种或两种以上组合。6.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于：所述锻造处理的压力为0.1～50MPa，所述锻造处理的温度为‑50～200℃，所述锻造处理的时间为1s～1h，锻造次数为1～10次。7.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于还包括：对所述石墨烯气凝胶薄膜进行二次锻造处理，实现石墨烯气凝胶薄膜的图案化设计与重组，获得具有不同形状的石墨烯气凝胶薄膜，所述石墨烯气凝胶薄膜具有规则的或不规则的形态。8.权利要求1‑2中任一项所述的石墨烯气凝胶薄膜于制备柔性石墨烯气凝胶相变智能薄膜领域中的应用。9.一种柔性石墨烯气凝胶相变智能薄膜，其特征在于包括权利要求1‑2中任一项所述的石墨烯气凝胶薄膜和