新材料及其应用

本发明涉及复合材料的制备领域，公开了一种石墨烯/纳米纤维素/聚乙烯醇三元复合气凝胶，所述石墨烯/纳米纤维素/聚乙烯醇三元复合气凝胶中纳米纤维素含量为15wt％～50wt％，聚乙烯醇含量为5wt％～10wt％。所述气凝胶的制备方法，包括以下步骤：(1)制备氧化石墨烯/纳米纤维素混合溶液；(2)制备石墨烯/纳米纤维素水凝胶；(3)制备石墨烯/纳米纤维素/聚乙烯醇水凝胶；(4)石墨烯/纳米纤维素/聚乙烯醇三元复合气凝胶。本发明解决了石墨烯气凝胶因其力学性能不足、单一主体构成的一元气凝胶性能不足使用受限的问题。

石墨烯气凝胶拥有以石墨烯为主体的多孔互联三维海绵状网络结构。作为一种新兴的纳米多孔材料，因其具有高疏水性、高比表面积、高孔隙率以及良好的化学稳定性，在吸附、催化、传感、能量转化与储存以及生物医药等领域展现出良好的应用前景。但是，由于石墨烯片层间范德华力和π‑π键作用力的存在，使其容易发生不可逆堆叠与团聚，从而弱化了石墨烯本身的优势。同时，石墨烯气凝胶因其力学性能不足、单一主体构成的一元气凝胶难以兼具多种使用性能等原因，在实际生活的应用中受到了限制。

本发明的有益效果：

本发明所述石墨烯/纳米纤维素/聚乙烯醇三元复合气凝胶的制备方法，在一步水热法制备石墨烯水凝胶的基础上，先采用水热法制备出石墨烯/纳米纤维素水凝胶，再通过将二元复合水凝胶浸润于聚乙烯醇水溶液，得到石墨烯/纳米纤维素/聚乙烯醇三元复合水凝胶，再将其冷冻干燥可得石墨烯/纳米纤维素/聚乙烯醇三元复合气凝胶，制备得到的复合材料的力学强度显著增大。

本发明所述的石墨烯/纳米纤维素/聚乙烯醇三元复合气凝胶中含有大量的氢键作用，使得复合气凝胶力学性能优异。由于纳米纤维素与聚乙烯醇的加入，复合气凝胶的压缩模量和压缩强度显著增加，比表面积大、多孔、密度低、吸附性能好，可有效吸附水、油污、有机溶剂。

另一方面，石墨烯/纳米纤维素/聚乙烯醇三元复合气凝胶热稳定性高，复合气凝胶具备的高孔隙率与小孔径，且热传输通过气体传导，热传输速率低，石墨烯/纳米纤维素/聚乙烯醇三元复合气凝胶可显著减弱热量的散失。石墨烯/纳米纤维素/聚乙烯醇三元复合气凝胶兼具三种原料本身的优势，使得复合材料也同时兼具力学性能优异、吸附性与热稳定性，实际生产中可应用于液体吸附、保温储热等方向。本发明在生物材料、结构材料、能源等领域具备应用价值。