一种抗氧化弹性石墨烯气凝胶及其制备方法与流程

技术特征：
1.一种抗氧化弹性石墨烯气凝胶的制备方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：(1)将弹性石墨烯气凝胶在稠环芳香化合物溶液中浸泡，得到石墨烯湿凝胶；(2)将石墨烯湿凝胶依次进行水活化和冷冻干燥，得到改性石墨烯气凝胶；(3)将改性石墨烯气凝胶进行原子层沉积，得到表面沉积有氧化铝薄层的改性石墨烯气凝胶，然后在惰性气氛下进行热退火处理，得到氧化铝/石墨烯气凝胶；(4)将氧化铝/石墨烯气凝胶在pdms溶液中浸泡，然后进行固化和真空热处理，制得抗氧化弹性石墨烯气凝胶。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述弹性石墨烯气凝胶为未深度还原的弹性石墨烯气凝胶；所述弹性石墨烯气凝胶由化学还原法、水热还原法、醇热还原法、自组装合成法、气泡模板法、乳液模板法、冰晶模板法中的任一种制备方法制备而成；所述弹性石墨烯气凝胶含有羟基、羧基、氨基、环氧基中的一种或者多种；和/或所述弹性石墨烯气凝胶的最大压缩形变不小于90％，回弹率不小于90％优选为100％。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在步骤(1)中：所述稠环芳香化合物溶液中含有的稠环芳香化合物为3,4,9,10-芘四羧酸、3,4,9,10-芘四羧基二亚胺、3,4,9,10-苝四甲酸二酐、芘-4,5,9,10-四酮、1,3,6,8-四(4-羧基苯)芘、芴-1-羧酸、蒽-1-羧酸中的一种或多种；所述稠环芳香化合物溶液以无水乙醇为溶剂；所述稠环芳香化合物溶液的浓度为30～200μmol/l优选为100μmol/l；和/或所述浸泡的时间为4～24h优选为12h。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在步骤(2)中：所述水活化为：将石墨烯湿凝胶在氢氧化钠水溶液和水中交替浸泡，交替浸泡的次数为2～6次优选为3次；优选的是，所述氢氧化钠水溶液的浓度为0.1～2mol/l优选为1mol/l；优选的是，每次在氢氧化钠水溶液中浸泡的时间为1～8h优选为4h，和/或每次在水中浸泡的时间为1～8h优选为4h。5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在步骤(2)中：所述冷冻干燥为：先在-60～-30℃下冷冻12～36h，然后置于冷冻干燥机中，控制冷冻干燥机腔室的温度为10～35℃，冷冻干燥机冷阱的温度为-80℃～-50℃，冷冻干燥的压强为1～30pa进行冷冻干燥24～96h。6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在步骤(3)中，所述原子层沉积包括如下子步骤：s1、将改性石墨烯气凝胶放置在原子层沉积设备腔体中，使三甲基铝以脉冲的方式进入原子层沉积设备腔体中并化学吸附在改性石墨烯气凝胶表面，用氮气将多余的三甲基铝吹扫出原子层沉积设备腔体；s2、使超纯水以脉冲的方式进入原子层沉积设备腔体中并与步骤s1中化学吸附在改性石墨烯气凝胶表面的三甲基铝发生沉积反应，用氮气将多余的超纯水及发生沉积反应后产生的副产物吹扫出原子层沉积设备腔体；s3、依次重复步骤s1和步骤s2多次，直至在改性石墨烯气凝胶表面上所形成的氧化铝
薄层的厚度达到预设厚度，得到表面沉积有氧化铝薄层的改性石墨烯气凝胶；优选的是，所述三甲基铝的脉冲时间为0.04～0.12s优选为0.08s，所述超纯水的脉冲时间为0.04～0.12s优选为0.08s；优选的是，在步骤s1和步骤s2中，用氮气进行吹扫的时间为2～60s优选为15s，进行沉积反应的温度为80～250℃优选为200℃，和/或依次重复步骤s1和步骤s2的次数为50～300次优选为250次。7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在步骤(3)中：所述热退火处理的温度为1000～1300℃，所述热退火处理的时间为0.5～8h，优选的是，所述热退火处理的温度为1200℃，所述热退火处理的时间为2h；升温至所述热退火处理的温度的升温速率为1～10℃/min，优选为8℃/min；和/或所述惰性气氛为氩气气氛，优选的是，氩气的进气速率为2～40ml/min优选为20ml/min。8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在步骤(4)中：所述pdms溶液由硅橡胶单体、固化剂和正己烷混合而成，优选的是，所述硅橡胶单体与固化剂的质量比为(5～20)：1更优选为10:1，所述pdms溶液中含有硅橡胶单体的质量分数为0.05％～3％更优选为1.2％；所述氧化铝/石墨烯气凝胶在pdms溶液中浸泡的时间为0.5～4h优选为2h；所述固化的温度为80～180℃，所述固化的时间为8～36h，优选的是，所述固化的温度为150℃，所述固化的时间为18h；和/或所述真空热处理的真空度为0.1～100pa，所述真空热处理的温度为30～120℃，所述真空热处理的时间为6～48h，优选的，所述真空热处理的真空度为1pa，所述真空热处理的温度为80℃，所述真空热处理的时间为24h。9.根据权利要求1至8中任一项所述的制备方法，其特征在于：所述抗氧化弹性石墨烯气凝胶表面依次覆盖有氧化铝薄层和聚二甲基硅氧烷薄层；所述氧化铝薄层的厚度为5～30nm，优选为25nm；所述聚二甲基硅氧烷薄层的厚度为1～10nm，优选为3nm；和/或所述抗氧化弹性石墨烯气凝胶表面覆盖的氧化铝薄层和聚二甲基硅氧烷薄层的总厚度为6～40nm，优选为28nm。10.由权利要求1至9中任一项所述的制备方法制得的抗氧化弹性石墨烯气凝胶材料；优选的是，所述抗氧化弹性石墨烯气凝胶具有如下一个或者多个性质：所述抗氧化弹性石墨烯气凝胶材料在室温下的最大压缩形变不小于90％，回弹率为100％；所述抗氧化弹性石墨烯气凝胶材料在1300℃高温有氧环境下考核30min后，质量损失率小于15％；所述抗氧化弹性石墨烯气凝胶材料在1300℃高温有氧环境下考核30min后，最大压缩形变不小于75％，回弹率为100％。

技术总结
本发明涉及一种抗氧化弹性石墨烯气凝胶及其制备方法，所述方法：将弹性石墨烯气凝胶在稠环芳香化合物溶液中浸泡，得到石墨烯湿凝胶；将石墨烯湿凝胶依次进行水活化和冷冻干燥，得到改性石墨烯气凝胶；将改性石墨烯气凝胶进行原子层沉积，得到表面沉积有氧化铝薄层的改性石墨烯气凝胶，然后在惰性气氛下进行热退火处理，得到氧化铝/石墨烯气凝胶；将氧化铝/石墨烯气凝胶在PDMS溶液中浸泡，然后进行固化和真空热处理，制得抗氧化弹性石墨烯气凝胶。本发明所制备的抗氧化弹性石墨烯气凝胶不仅在室温下具有超弹性特性，而且在1300℃高温有氧环境下仍能维持高弹性，本发明将石墨烯气凝胶在有氧环境下的耐温性大幅提高到了1300℃。℃。℃。


技术研发人员：张晚林 李文静 刘圆圆 程飘 张恩爽 王鹏 黄红岩
受保护的技术使用者：航天特种材料及工艺技术研究所
技术研发日：2022.10.28
技术公布日：2023/1/31