CN112794705A - 一种基于石墨烯为模版制备超弹性氧化硅纳米陶瓷气凝胶的方法 - Google Patents

一种基于石墨烯为模版制备超弹性氧化硅纳米陶瓷气凝胶的方法 Download PDF

Info

Publication number
CN112794705A
CN112794705A CN202110044380.9A CN202110044380A CN112794705A CN 112794705 A CN112794705 A CN 112794705A CN 202110044380 A CN202110044380 A CN 202110044380A CN 112794705 A CN112794705 A CN 112794705A
Authority
CN
China
Prior art keywords
aerogel
graphene
organic silicon
preparing
template
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202110044380.9A
Other languages
English (en)
Inventor
张强强
何鹏
张宝强
张兴义
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Lanzhou University
Original Assignee
Lanzhou University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Lanzhou University filed Critical Lanzhou University
Priority to CN202110044380.9A priority Critical patent/CN112794705A/zh
Publication of CN112794705A publication Critical patent/CN112794705A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/01—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics
    • C04B35/14—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics based on silica
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/622—Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B38/00—Porous mortars, concrete, artificial stone or ceramic ware; Preparation thereof
    • C04B38/06—Porous mortars, concrete, artificial stone or ceramic ware; Preparation thereof by burning-out added substances by burning natural expanding materials or by sublimating or melting out added substances
    • C04B38/0615—Porous mortars, concrete, artificial stone or ceramic ware; Preparation thereof by burning-out added substances by burning natural expanding materials or by sublimating or melting out added substances the burned-out substance being a monolitic element having approximately the same dimensions as the final article, e.g. a porous polyurethane sheet or a prepreg obtained by bonding together resin particles
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/42—Non metallic elements added as constituents or additives, e.g. sulfur, phosphor, selenium or tellurium
    • C04B2235/422—Carbon
    • C04B2235/425—Graphite
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/48—Organic compounds becoming part of a ceramic after heat treatment, e.g. carbonising phenol resins
    • C04B2235/483—Si-containing organic compounds, e.g. silicone resins, (poly)silanes, (poly)siloxanes or (poly)silazanes
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/65—Aspects relating to heat treatments of ceramic bodies such as green ceramics or pre-sintered ceramics, e.g. burning, sintering or melting processes
    • C04B2235/656—Aspects relating to heat treatments of ceramic bodies such as green ceramics or pre-sintered ceramics, e.g. burning, sintering or melting processes characterised by specific heating conditions during heat treatment
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/65—Aspects relating to heat treatments of ceramic bodies such as green ceramics or pre-sintered ceramics, e.g. burning, sintering or melting processes
    • C04B2235/656—Aspects relating to heat treatments of ceramic bodies such as green ceramics or pre-sintered ceramics, e.g. burning, sintering or melting processes characterised by specific heating conditions during heat treatment
    • C04B2235/6567—Treatment time
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/65—Aspects relating to heat treatments of ceramic bodies such as green ceramics or pre-sintered ceramics, e.g. burning, sintering or melting processes
    • C04B2235/658—Atmosphere during thermal treatment
    • C04B2235/6583—Oxygen containing atmosphere, e.g. with changing oxygen pressures
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/65—Aspects relating to heat treatments of ceramic bodies such as green ceramics or pre-sintered ceramics, e.g. burning, sintering or melting processes
    • C04B2235/658—Atmosphere during thermal treatment
    • C04B2235/6583—Oxygen containing atmosphere, e.g. with changing oxygen pressures
    • C04B2235/6585—Oxygen containing atmosphere, e.g. with changing oxygen pressures at an oxygen percentage above that of air
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/70—Aspects relating to sintered or melt-casted ceramic products
    • C04B2235/74—Physical characteristics
    • C04B2235/77—Density
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/70—Aspects relating to sintered or melt-casted ceramic products
    • C04B2235/96—Properties of ceramic products, e.g. mechanical properties such as strength, toughness, wear resistance
    • C04B2235/9646—Optical properties
    • C04B2235/9653—Translucent or transparent ceramics other than alumina

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Carbon And Carbon Compounds (AREA)
  • Silicon Compounds (AREA)

Abstract

本发明涉及陶瓷制备技术领域，具体为一种基于石墨烯为模版制备超弹性氧化硅纳米陶瓷气凝胶的方法；首先利用一定浓度的氧化石墨烯溶液经水热、冷冻干燥以及热退火处理，制备成多孔石墨烯气凝胶；然后将石墨烯气凝胶通过气相沉积不同浓度有机硅源，利用真空辅助手段使有机硅完全附着于石墨烯内外片层表面，形成骨架、有机硅二相体；之后通过加热将其固化形成夹层支架复合气凝胶；最后在空气或氧气流动气氛下加热处理气凝胶复合材料得到超弹性氧化硅纳米陶瓷气凝胶；其有益效果在于：以石墨烯气凝胶为模版制备得到的超弹性氧化硅纳米陶瓷气凝胶具有柔性轻质、高纯度、超弹性的特点；该方法具有制备工艺简单、成本低、制备条件易于控制、合成周期短、能耗低等优点。

Description

一种基于石墨烯为模版制备超弹性氧化硅纳米陶瓷气凝胶的 方法
技术领域
本发明涉及陶瓷制备技术领域，具体为一种基于石墨烯为模版制备超弹性氧化硅纳米陶瓷气凝胶的方法。
背景技术
传统的氧化硅气凝胶制备方法为溶胶-凝胶法，具体为硅源(硅酸钠、TEOS、多聚硅、硅溶胶等)催化水解，缩合生成含初级和次级粒子的溶胶，两种粒子可进一步形成链状的粒子团簇，这些团簇即硅凝胶。随后，硅凝胶经超临界或者常压、冷冻等方式干燥，制备氧化硅气凝胶。氧化硅气凝胶具有孔隙率高、密度低、耐高温等优点，在基建、能源、电子、航天、航空等诸多领域有广泛的应用，特别在保温隔热及耐高温方面有着巨大的应用前景，如航空隔热瓦、高性能隔热涂料、耐高温隔热垫等。然而，该方法制得的传统的氧化硅气凝胶存在制备成本高、周期长、能耗大，且成品氧化硅气凝胶存在质脆易碎、弹性低、孔结构杂乱等问题，严重影响了氧化硅气凝胶的保温隔热性能，难以实现工业化应用。
石墨烯是由碳原子以sp2电子轨道杂化形成的具有六角型蜂巢晶格状的二维点阵结构。2004年Geim和Novoselov通过机械剥离法率先成功从石墨中制备出石墨烯以来，因其优异的力学、电学、热学、光学和化学特性，被广泛地运用于高性能电子器件、储能设备、智能传感、生物医疗、复合材料等各个领域。目前，已出现了众多以石墨烯为基底，与氮化硼、碳氧化硅、氧化铝等物质进行复合的陶瓷材料，石墨烯大幅度提高了陶瓷块体复合材料的机械性能，特别是在提高材料断裂韧性方面效果显著。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种基于石墨烯为模版制备超弹性氧化硅纳米陶瓷气凝胶的方法，以石墨烯气凝胶为模版制备的超弹性氧化硅纳米陶瓷气凝胶具有柔性轻质、高纯度、超弹性的特点。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：
一种基于石墨烯为模版制备超弹性氧化硅纳米陶瓷气凝胶的方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一：制备三维石墨烯气凝胶模板
(1)、取浓度为1～10mg/ml的大片径氧化石墨烯原料，经过超声处理至流动性良好，加入5‰乙二胺，再次超声至流动性良好；
(2)、将处理好的氧化石墨烯原料加入到事先准备好的模具中，将加入原料的模具放入反应釜中，将反应釜置于真空干燥箱中，水热反应后得到相应的石墨烯水凝胶；
(3)、将得到的石墨烯水凝胶放入20vol.％的乙醇水溶液中浸泡24～48h，最后将水凝胶冷冻干燥除去溶液，得到规则多孔气凝胶，并950～1000℃退火30min，得到三维石墨烯气凝胶；
步骤二：制备有机硅源
(1)、按照体积比10:1取硅氧烷或硅烷与固化剂加入烧杯中混合并搅拌均匀，形成固化高分子前驱体；
(2)、取1份搅拌均匀的固化高分子前驱体溶液加入10-5000份氯仿或丙酮等溶剂中，搅拌均匀形成有机硅源；
步骤三：将步骤一得到的石墨烯气凝胶轻轻放入反应腔中，将步骤二得到的有机硅源进行气化，通过分3～5级抽真空辅助使气相有机源沉积在石墨烯气凝胶的结构片层上，形成骨架、有机硅二相体；；
步骤四：将步骤三得到的骨架、有机硅二相体从反应腔中取出，静置于空气中20～30min，之后移入加热控制箱中，经过加热固化，有机硅固化后，形成夹层支架复合材料气凝胶；
步骤五：将步骤四得到的夹层支架复合材料气凝胶放置于流动空气或氧气中，在600～700℃高温环境中退火20～40min，形成超弹性氧化硅纳米陶瓷气凝胶。在加热处理过程中，气凝胶支架中的石墨烯材料被氧化去除，有机硅自组装形成纯净的纳米氧化硅连续二维结构。
在步骤一中，所述大片径氧化石墨烯原料的超声时间为20～30min。
在步骤一中，水热反应温度为110～130℃。
在步骤一中，水热反应的时间为5～7h。
在步骤四中，加热固化的温度为110～130℃。
在步骤四中，加热固化的时间为2～5h。
本发明的有益效果在于：1、以石墨烯气凝胶为模版制备得到的超弹性氧化硅纳米陶瓷气凝胶具有柔性轻质、高纯度、超弹性的特点；2、该方法具有制备工艺简单、成本低、制备条件易于控制、合成周期短、能耗低等优点；3、其优良的热学特性和力学性能拓宽了氧化硅陶瓷在各个领域的应用范围，推动了柔性陶瓷材料在工程应用方面的发展；4、将对降低生产成本，实现工业化生产，提高经济效益和社会效益产生重大影响。
附图说明
图1为本发明的方法流程图；
图2为本发明中氧化硅陶瓷气凝胶图；
图3为本发明中氧化硅陶瓷气凝胶微观形貌图；
图4为本发明中氧化硅陶瓷气凝胶的力学性能图。
具体实施方式
为便于理解本发明，本发明列举实施例如下。本领域技术人员应该明了，所述实施例仅用于帮助理解本发明，不应视为对本发明的具体限制。
如无具体说明，本发明的各种原料均可以通过市售得到；或根据本领域的常规方法制备得到。除非另有定义或说明，本文中所使用的所有专业与科学用语与本领域技术熟练人员所熟悉的意义相同。此外任何与所记载内容相似或均等的方法及材料皆可应用于本发明方法中。除非另外说明，本文中所使用的所有专业与科学用语与本领域技术熟练人员所熟悉的意义相同。
实施例1
一种基于石墨烯为模版制备超弹性氧化硅纳米陶瓷气凝胶的方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一：制备三维石墨烯气凝胶模板
(1)、取浓度为1mg/ml的大片径氧化石墨烯原料，经过超声处理至流动性良好，加入5‰乙二胺，再次超声至流动性良好；
(2)、将处理好的氧化石墨烯原料加入到事先准备好的模具中，将加入原料的模具放入反应釜中，将反应釜置于真空干燥箱中，水热反应后得到相应的石墨烯水凝胶；
(3)、将得到的石墨烯水凝胶放入20vol.％的乙醇水溶液中浸泡24～48h，最后将水凝胶冷冻干燥除去溶液，得到规则多孔气凝胶，并在950～1000℃退火30min，得到三维石墨烯气凝胶；
步骤二：制备有机硅源
(1)、按照体积比10:1取硅氧烷与固化剂加入烧杯中混合并搅拌均匀，形成固化高分子前驱体；
(2)、取1份搅拌均匀的固化高分子前驱体溶液加入10-5000份氯仿溶剂中，搅拌均匀形成有机硅源；
步骤三：将步骤一得到的石墨烯气凝胶轻轻放入反应腔中，将步骤二得到的有机硅源进行气化，通过分3～5级抽真空辅助使气相有机源沉积在石墨烯气凝胶的结构片层上，形成骨架、有机硅二相体；；
步骤四：将步骤三得到的骨架、有机硅二相体从反应腔中取出，静置于空气中20～30min，之后移入加热控制箱中，经过加热固化，有机硅固化后，形成夹层支架复合材料气凝胶；
步骤五：将步骤四得到的夹层支架复合材料气凝胶放置于流动空气或氧气中，在600～700℃高温环境中退火20～40min，形成超弹性氧化硅纳米陶瓷气凝胶。在加热处理过程中，气凝胶支架中的石墨烯材料被氧化去除，有机硅自组装形成纯净的纳米氧化硅连续二维结构。
在步骤一中，所述大片径氧化石墨烯原料的超声时间为20min。
在步骤一中，水热反映的温度为110℃。
在步骤一中，水热反应的时间为5h。
在步骤四中，加热固化的温度为110℃。
在步骤四中，加热固化的时间为2h。
实施例2
一种基于石墨烯为模版制备超弹性氧化硅纳米陶瓷气凝胶的方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一：制备三维石墨烯气凝胶模板
(1)、取浓度为5mg/ml的大片径氧化石墨烯原料，经过超声处理至流动性良好，加入5‰乙二胺，再次超声至流动性良好；
(2)、将处理好的氧化石墨烯原料加入到事先准备好的模具中，将加入原料的模具放入反应釜中，将反应釜置于真空干燥箱中，水热反应后得到相应的石墨烯水凝胶；
(3)将得到的石墨烯水凝胶放入20vol.％.的乙醇水溶液中浸泡24～48h，最后将水凝胶冷冻干燥除去溶液，得到规则多孔气凝胶，并950～1000℃退火30min，得到三维石墨烯气凝胶；
步骤二：制备有机硅源
(1)、按照体积比10:1取硅烷与固化剂加入烧杯中混合并搅拌均匀，形成固化高分子前驱体；
(2)、取1份搅拌均匀的固化高分子前驱体溶液加入10-5000份氯仿溶剂中，搅拌均匀形成有机硅源；
步骤三：将步骤一得到的石墨烯气凝胶轻轻放入反应腔中，将步骤二得到的有机硅源进行气化，通过分3～5级抽真空辅助使气相有机源沉积在石墨烯气凝胶的结构片层上，形成骨架、有机硅二相体；；
步骤四：将步骤三得到的骨架、有机硅二相体从反应腔中取出，静置于空气中20～30min，之后移入加热控制箱中，经过加热固化，有机硅固化后，形成夹层支架复合材料气凝胶；
步骤五：将步骤四得到的夹层支架复合材料气凝胶放置于流动空气或氧气中，在600～700℃高温环境中退火20～40min，形成超弹性氧化硅纳米陶瓷气凝胶。在加热处理过程中，气凝胶支架中的石墨烯材料被氧化去除，有机硅自组装形成纯净的纳米氧化硅连续二维结构。
在步骤一中，所述大片径氧化石墨烯原料的超声时间为25min。
在步骤一中，水热反映的温度为120℃。
在步骤一中，水热反应的时间为6h。
在步骤四中，加热固化的温度为120℃。
在步骤四中，加热固化的时间为3.5h。
实施例3
一种基于石墨烯为模版制备超弹性氧化硅纳米陶瓷气凝胶的方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一：制备三维石墨烯气凝胶模板
(1)、取浓度为10mg/ml的大片径氧化石墨烯原料，经过超声处理至流动性良好，加入5‰乙二胺，再次超声至流动性良好；
(2)、将处理好的氧化石墨烯原料加入到事先准备好的模具中，将加入原料的模具放入反应釜中，将反应釜置于真空干燥箱中，水热反应后得到相应的石墨烯水凝胶；
(3)将得到的石墨烯水凝胶放入20vol.％的乙醇水溶液中浸泡24～48h，最后将水凝胶冷冻干燥除去溶液，得到规则多孔气凝胶，并950～1000℃退火30min，得到三维石墨烯气凝胶；
步骤二：制备有机硅源
(1)、按照体积比10:1取硅氧烷与固化剂加入烧杯中混合并搅拌均匀，形成固化高分子前驱体；
(2)、取1份搅拌均匀的固化高分子前驱体溶液加入10-5000份丙酮溶剂中，搅拌均匀形成有机硅源；
步骤三：将步骤一得到的石墨烯气凝胶轻轻放入反应腔中，将步骤二得到的有机硅源进行气化，通过分3～5级抽真空辅助使气相有机源沉积在石墨烯气凝胶的结构片层上，形成骨架、有机硅二相体；；
步骤四：将步骤三得到的骨架、有机硅二相体从反应腔中取出，静置于空气中20～30min，之后移入加热控制箱中，经过加热固化，有机硅固化后，形成夹层支架复合材料气凝胶；
步骤五：将步骤四得到的夹层支架复合材料气凝胶放置于流动空气或氧气中，在600～700℃高温环境中退火20～40min，形成超弹性氧化硅纳米陶瓷气凝胶。在加热处理过程中，气凝胶支架中的石墨烯材料被氧化去除，有机硅自组装形成纯净的纳米氧化硅连续二维结构。
在步骤一中，所述大片径氧化石墨烯原料的超声时间为30min。
在步骤一中，水热反映的温度为130℃。
在步骤一中，水热反应的时间为7h。
在步骤四中，加热固化的温度为130℃。
在步骤四中，加热固化的时间为5h。
如图2所示，为本发明中氧化硅陶瓷气凝胶图，图中显示了以石墨烯为模板制备得到的氧化硅气凝胶外观形态，样品结构完整，颜色为半透明的白色，密度约为10mg/cm3。
如图3所示，为本发明中氧化硅陶瓷气凝胶微观形貌图，图中显示了氧化硅内部形貌构造图，其具有典型的六边形蜂窝结构，二维片层外延生长而成。内部孔隙结构排列均匀，孔隙孔径在100μm左右；支架构造清晰，连接牢固形成Y字型稳定结构，实现了微观稳固结构向宏观高弹特性的跨尺度拓展。
如图4所示，为本发明中氧化硅陶瓷气凝胶的力学性能图，其是图1样品测试的力学性能图，从图中可以看出结构可压缩性高达80％，仍能恢复原来的形态，具有良好的柔韧性。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (6)

1.一种基于石墨烯为模版制备超弹性氧化硅纳米陶瓷气凝胶的方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一：制备三维石墨烯气凝胶模板
(1)、取浓度为1～10mg/ml的大片径氧化石墨烯原料，经过超声处理至流动性良好，加入5‰乙二胺，再次超声至流动性良好；
(2)、将处理好的氧化石墨烯原料加入到事先准备好的模具中，将加入原料的模具放入反应釜中，将反应釜置于真空干燥箱中，水热反应后得到相应的石墨烯水凝胶；
(3)、将得到的石墨烯水凝胶放入20vol.％的乙醇水溶液中浸泡24～48h，最后将水凝胶冷冻干燥除去溶液，得到规则多孔气凝胶，并950～1000℃退火30min，得到三维石墨烯气凝胶；
步骤二：制备有机硅源
(1)、按照体积比10:1取硅氧烷或硅烷与固化剂加入烧杯中混合并搅拌均匀，形成固化高分子前驱体；
(2)、取1份搅拌均匀的固化高分子前驱体溶液加入10-5000份氯仿或丙酮等溶剂中，搅拌均匀形成有机硅源；
步骤三：将步骤一得到的石墨烯气凝胶轻轻放入反应腔中，将步骤二得到的有机硅源进行气化，通过分3～5级抽真空辅助使气相有机源沉积在石墨烯气凝胶的结构片层上，形成骨架、有机硅二相体；
步骤四：将步骤三得到的骨架、有机硅二相体从反应腔中取出，静置于空气中20～30min，之后移入加热控制箱中，经过加热固化，有机硅固化后，形成夹层支架复合材料气凝胶；
步骤五：将步骤四得到的夹层支架复合材料气凝胶放置于流动空气或氧气中，在600～700℃高温环境中退火20～40min，形成超弹性氧化硅纳米陶瓷气凝胶。在加热处理过程中，气凝胶支架中的石墨烯材料被氧化去除，有机硅自组装形成纯净的纳米氧化硅连续二维结构。
2.根据权利要求1所述的一种基于石墨烯为模版制备超弹性氧化硅纳米陶瓷气凝胶的方法，其特征在于：在步骤一中，所述大片径氧化石墨烯原料的超声时间为20～30min。
3.根据权利要求1所述的一种基于石墨烯为模版制备超弹性氧化硅纳米陶瓷气凝胶的方法，其特征在于：在步骤一中，水热反映的温度为110～130℃。
4.根据权利要求1所述的一种基于石墨烯为模版制备超弹性氧化硅纳米陶瓷气凝胶的方法，其特征在于：在步骤一中，水热反应的时间为5～7h。
5.根据权利要求1所述的一种基于石墨烯为模版制备超弹性氧化硅纳米陶瓷气凝胶的方法，其特征在于：在步骤四中，加热固化的温度为110～130℃。
6.根据权利要求1所述的一种基于石墨烯为模版制备超弹性氧化硅纳米陶瓷气凝胶的方法，其特征在于：在步骤四中，加热固化的时间为2～5h。
CN202110044380.9A 2021-01-13 2021-01-13 一种基于石墨烯为模版制备超弹性氧化硅纳米陶瓷气凝胶的方法 Pending CN112794705A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110044380.9A CN112794705A (zh) 2021-01-13 2021-01-13 一种基于石墨烯为模版制备超弹性氧化硅纳米陶瓷气凝胶的方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110044380.9A CN112794705A (zh) 2021-01-13 2021-01-13 一种基于石墨烯为模版制备超弹性氧化硅纳米陶瓷气凝胶的方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN112794705A true CN112794705A (zh) 2021-05-14

Family

ID=75810584

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202110044380.9A Pending CN112794705A (zh) 2021-01-13 2021-01-13 一种基于石墨烯为模版制备超弹性氧化硅纳米陶瓷气凝胶的方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN112794705A (zh)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115124363A (zh) * 2022-06-29 2022-09-30 航天特种材料及工艺技术研究所 一种耐高温超轻质陶瓷纤维多孔弹性体材料及其制备方法和应用
CN115650221A (zh) * 2022-10-28 2023-01-31 航天特种材料及工艺技术研究所 一种抗氧化弹性石墨烯气凝胶及其制备方法
CN116102333A (zh) * 2022-08-10 2023-05-12 航天特种材料及工艺技术研究所 一种耐高温高弹性碳化硅@氧化物陶瓷核壳纳米纤维气凝胶材料及其制备方法

Citations (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20130315816A1 (en) * 2012-04-02 2013-11-28 National Institute Of Aerospace Associates Bulk preparation of holey graphene via controlled catalytic oxidation
CN104134805A (zh) * 2014-07-29 2014-11-05 武汉理工大学 一种柔性三维纳米生物电极及其制备方法
CN105271212A (zh) * 2015-11-30 2016-01-27 航天特种材料及工艺技术研究所 一种石墨烯气凝胶材料及其制备方法
CN106006615A (zh) * 2016-05-25 2016-10-12 哈尔滨工业大学 一种石墨烯气凝胶自然干燥制备方法
CN106082202A (zh) * 2016-06-29 2016-11-09 北京化工大学 一种石墨烯气凝胶的制备方法及应用
CN106809822A (zh) * 2017-01-22 2017-06-09 戴天元 一种超弹性石墨烯气凝胶的制备方法
CN108083262A (zh) * 2018-02-01 2018-05-29 济南大学 一种还原氧化石墨烯-二氧化硅块体气凝胶的制备方法
CN108455571A (zh) * 2016-12-12 2018-08-28 中国科学院上海硅酸盐研究所 一种微孔石墨烯气凝胶及其制备方法
CN108597891A (zh) * 2018-04-27 2018-09-28 湘潭大学 一种二氧化硅@金属氧化物/石墨烯气凝胶双负载双包覆复合材料及其制备方法和应用
CN111704467A (zh) * 2020-05-20 2020-09-25 深圳市科思飞科技有限公司 一种有机陶瓷前驱体和陶瓷制品
CN111847430A (zh) * 2020-07-15 2020-10-30 广东墨睿科技有限公司 一种高强度高回弹的石墨烯气凝胶的制备方法
CN111974320A (zh) * 2020-08-25 2020-11-24 航天特种材料及工艺技术研究所 一种耐高温弹性石墨烯气凝胶及其制备方法
CN112010298A (zh) * 2020-08-14 2020-12-01 兰州大学 一种快速高效宏量制备大片径氧化石墨烯的方法

Patent Citations (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20130315816A1 (en) * 2012-04-02 2013-11-28 National Institute Of Aerospace Associates Bulk preparation of holey graphene via controlled catalytic oxidation
CN104134805A (zh) * 2014-07-29 2014-11-05 武汉理工大学 一种柔性三维纳米生物电极及其制备方法
CN105271212A (zh) * 2015-11-30 2016-01-27 航天特种材料及工艺技术研究所 一种石墨烯气凝胶材料及其制备方法
CN106006615A (zh) * 2016-05-25 2016-10-12 哈尔滨工业大学 一种石墨烯气凝胶自然干燥制备方法
CN106082202A (zh) * 2016-06-29 2016-11-09 北京化工大学 一种石墨烯气凝胶的制备方法及应用
CN108455571A (zh) * 2016-12-12 2018-08-28 中国科学院上海硅酸盐研究所 一种微孔石墨烯气凝胶及其制备方法
CN106809822A (zh) * 2017-01-22 2017-06-09 戴天元 一种超弹性石墨烯气凝胶的制备方法
CN108083262A (zh) * 2018-02-01 2018-05-29 济南大学 一种还原氧化石墨烯-二氧化硅块体气凝胶的制备方法
CN108597891A (zh) * 2018-04-27 2018-09-28 湘潭大学 一种二氧化硅@金属氧化物/石墨烯气凝胶双负载双包覆复合材料及其制备方法和应用
CN111704467A (zh) * 2020-05-20 2020-09-25 深圳市科思飞科技有限公司 一种有机陶瓷前驱体和陶瓷制品
CN111847430A (zh) * 2020-07-15 2020-10-30 广东墨睿科技有限公司 一种高强度高回弹的石墨烯气凝胶的制备方法
CN112010298A (zh) * 2020-08-14 2020-12-01 兰州大学 一种快速高效宏量制备大片径氧化石墨烯的方法
CN111974320A (zh) * 2020-08-25 2020-11-24 航天特种材料及工艺技术研究所 一种耐高温弹性石墨烯气凝胶及其制备方法

Non-Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
XU XIANG 等: "Double-negative-index ceramic aerogels for thermal superinsulation", 《SCIENCE》 *
YIN JUN 等: "Ultralight Three-Dimensional Boron Nitride Foam with Ultralow Permittivity and Superelasticity", 《NANO LETTERS》 *
ZHANG QIANGQIANG 等: "Flyweight, Superelastic, Electrically Conductive, and Flame-Retardant 3D Multi-Nanolayer Graphene/Ceramic Metamaterial", 《ADVANCED MATERIALS》 *
张强强: "三维石墨烯基多功能材料可控制备与性能研究", 《中国优秀博硕士学位论文全文数据库(博士) 工程科技Ⅰ辑》 *
李广勇 等: "石墨烯气凝胶的可控组装", 《物理化学学报》 *
赵志扬等: "具有可逆形变的弹性气凝胶研究进展", 《高分子材料科学与工程》 *

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115124363A (zh) * 2022-06-29 2022-09-30 航天特种材料及工艺技术研究所 一种耐高温超轻质陶瓷纤维多孔弹性体材料及其制备方法和应用
CN115124363B (zh) * 2022-06-29 2023-01-31 航天特种材料及工艺技术研究所 一种耐高温超轻质陶瓷纤维多孔弹性体材料及其制备方法和应用
CN116102333A (zh) * 2022-08-10 2023-05-12 航天特种材料及工艺技术研究所 一种耐高温高弹性碳化硅@氧化物陶瓷核壳纳米纤维气凝胶材料及其制备方法
CN115650221A (zh) * 2022-10-28 2023-01-31 航天特种材料及工艺技术研究所 一种抗氧化弹性石墨烯气凝胶及其制备方法
CN115650221B (zh) * 2022-10-28 2023-11-21 航天特种材料及工艺技术研究所 一种抗氧化弹性石墨烯气凝胶及其制备方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN112794705A (zh) 一种基于石墨烯为模版制备超弹性氧化硅纳米陶瓷气凝胶的方法
Wu et al. Evolution of the novel C/SiO2/SiC ternary aerogel with high specific surface area and improved oxidation resistance
CN108283889B (zh) 一种复合膜、其制备方法及在气体分离、纯化中的应用
CN112536004B (zh) 一种耐高温弹性石墨烯气凝胶材料及其制备方法
CN108328621B (zh) 一种超低密度二氧化硅纳米管气凝胶材料的制备方法
KR20160100082A (ko) 실리카 에어로겔 함유 블랑켓의 제조방법 및 이에 따라 제조된 실리카 에어로겔 함유 블랑켓
Wang et al. Fabrication of porous SiC ceramics with special morphologies by sacrificing template method
CN110066175B (zh) 超轻碳化物陶瓷泡沫的制备方法
CN105601316A (zh) 一种碳化硅气凝胶及其制备方法
CN114315365B (zh) 一种碳化硅气凝胶材料及其制备方法
KR20180067991A (ko) 프리즈 캐스팅을 이용한 키토산 폼의 제조 및 키토산 폼을 열분해하여 그래핀 에어로젤을 제조하는 방법
CN112758950A (zh) 一种硼烯纳米片及其制备方法
CN104925794A (zh) 一种以纳米孔石墨烯为基底生长三维氮掺杂石墨烯的方法
CN113716966B (zh) 一种SiCN陶瓷气凝胶及其制备方法和应用
CN111807368A (zh) 一种耐高温超低密度碳化硅纳米管气凝胶的制备方法
CN104529401A (zh) 一种高比表面积微/介孔硅氧碳陶瓷材料的制备方法
Zhou et al. Fabrication of monolithic rGO/SiC (O) nanocomposite ceramics via precursor (polycarbosilane-vinyltriethoxysilane-graphene oxide) route
CN104803685B (zh) 一种微纳米纤维/陶瓷基复合材料的制备方法
CN103878006A (zh) 一种碳化硅/碳纳米材料复合可见光光催化剂的制备方法
CN111137865B (zh) 利用超分子组装实现氮化硼气凝胶不同超浸润性的方法
CN107759143B (zh) 一种高比表面介孔甲基硅倍半氧烷气凝胶块体及其制备方法
CN112537961B (zh) 一种聚合物前驱体陶瓷气凝胶的制备方法
CN110451498B (zh) 一种石墨烯-氮化硼纳米片复合结构及其制备方法
Wan et al. Bacterial cellulose-templated synthesis of free-standing silica nanotubes with a three-dimensional network structure
CN108863434A (zh) 一种高含量碳纳米管增强先驱体陶瓷复合材料及其制备方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20210514

RJ01 Rejection of invention patent application after publication