本发明属于超弹性无机材料制备，具体来说涉及一种超弹性碳气凝胶复合材料及其制备方法。
背景技术：
1、碳气凝胶是一种具有独特三维网络结构和性能的多孔碳材料，最早是由间苯二酚-甲醛有机气凝胶经高温处理后获得，具有低热导率和高温稳定性，拥有超高气孔率以及超高比表面积，在隔热保温、储能、催化剂载体以及隔音等领域都有很大的潜在应用价值。近年来碳气凝胶脆性逐渐被攻克，研究者采以纤维碳气凝胶与sibcn前驱体浸渍方法使得碳气凝胶的压强有很大的提高，表现了出优异的可压缩性能。
2、虽然碳气凝胶脆性问题已经很好解决，但是当纤维碳气凝胶受到较大压缩变形时，形状很难完全恢复到初始形状，也就是说当受到较大压缩应变时，纤维碳气凝胶容易产生较大永久变形，同样也不利于实际使用时结构的稳定性。另外，这种纤维碳气凝胶强度一般较低,很难在实际现实中进行应用。因此，如何将纤维碳气凝胶在高压缩应变状态下，既能保持超弹性又能兼具高承载的能力，是对碳气凝胶在实际应用中具有重要的意义。
技术实现思路
1、针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种超弹性碳气凝胶复合材料的制备方法。
2、本发明的另一目的是提供上述制备方法获得的超弹性碳气凝胶复合材料，该超弹性碳气凝胶复合材料能够解决现有的纤维碳气凝胶在高压缩应变状态下，强度低、无法保持超弹性和高承载能力、不能满足实际应用需求的技术难题。
3、本发明的目的是通过下述技术方案予以实现的。
4、一种超弹性碳气凝胶复合材料的制备方法，包括以下步骤：
5、1)将物质a和去离子水混合，超声，得到分散液，其中，所述物质a为纤维素凝胶或氧化纤维素凝胶，分散液中物质a为0.6～1.0wt％；
6、在所述步骤1)中，所述超声的时间为30～60s，所述超声的功率为1000～1500w。
7、2)将分散液和氧化石墨烯水溶液混合，使用冻干法、水热法或水热过程中加入乙二胺法制得待干燥液体，将待干燥液体定向冷冻10～15h，得到木纤维凝胶，其中，按质量份数计，所述分散液中物质a和氧化石墨烯水溶液中氧化石墨烯的比为(3～6)：(4～8)；
8、在所述步骤2)中，所述氧化石墨烯水溶液为氧化石墨烯和水的混合物，所述氧化石墨烯水溶液中氧化石墨烯的浓度为6～8mg/ml。
9、在所述步骤2)中，所述冻干法为：以1000～1300w的功率超声25～35min至凝胶状，于85～95℃水浴加热50～70min，冷却至室温，得到待干燥液体。
10、在所述步骤2)中，所述水热法为：以130～150w的功率超声破碎25～35min，于110～130℃反应5～7h，在20wt％的乙醇水溶液中透析，直至在乙醇水溶液中上浮，取出得到待干燥液体。
11、在所述步骤2)中，所述水热过程中加入乙二胺法为：以130～150w的功率超声破碎25～35min，在搅拌条件下加入乙二胺调节ph至9.5～10.5，于110～130℃反应5～7h，在20wt％的乙醇水溶液中透析，直至在乙醇水溶液中上浮，取出得到待干燥液体。
12、在所述步骤2)中，所述定向冷冻为将待干燥液体放入顶面和底面均敞口的模具中，使所述模具的底面与-180～-210℃的平面接触。
13、在所述步骤2)中，通过定向冷冻装置实现所述定向冷冻，所述定向冷冻装置包括：长方形铜板和所述模具，所述模具的底面放置在所述长方形铜板上，所述长方形铜板的两端均向下弯折90度且浸入至液氮中。
14、3)在真空环境下，将步骤2)所得木纤维凝胶浸入sibcn前驱体溶液中30～60min，取出木纤维凝胶，干燥，将木纤维凝胶在惰性气体环境下于250～350℃保温4～5h，再于950～1050℃保温2～3h，得到超弹性碳气凝胶复合材料，其中，所述sibcn前驱体溶液为聚硼硅烷和水的混合物，sibcn前驱体溶液中聚硼硅烷的质量份数和sibcn前驱体溶液的体积份数的比为1：10，所述质量份数的单位为g，所述体积份数的单位为ml。
15、在所述步骤3)中，所述干燥的时间为20～24h，所述干燥的温度为75～85℃。
16、在所述步骤3)中，升温至250℃～350℃的速率为2～4℃/min，升温至950～1050℃的速率为4～6℃/min。
17、在所述步骤3)中，取出木纤维凝胶后且在干燥前，在木纤维凝胶下放置一吸水纸5～10min且每隔1min更换一次吸水纸。
18、上述制备方法获得的超弹性碳气凝胶复合材料。
19、与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
20、(1)本发明通过将分散液作为碳气凝胶前驱体，并以木纤维凝胶作为预制体，将预制体热解碳化与sibcn前驱体的裂解和烧结同时进行，得到气凝胶与sibcn复合材料，制备出三维宏观外形的超弹性碳气凝胶复合材料。超弹性碳气凝胶复合材料具有优异的耐高温和抗氧化性能，且具有较优异的力学性能，使其应用于高动态临近空间飞行器的热防护系统，不仅解决了气动加热问题也同时实现飞行器结构轻量化。
21、(2)定向冷冻干燥使纤维素凝胶中纤维素与氧化石墨烯之间结合更加紧密，会形成独特的柱状孔结构堆积，使复合气凝胶在三位方向同时具有压缩回弹性能，同时也导致了强度较高。
22、(3)本发明所制得的超弹性碳气凝胶复合材料的强度有很大的提高，在形变时的压强是未复合sibcn的4倍以上，形变量为10％时回弹率在85％以上。
1.一种超弹性碳气凝胶复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在所述步骤1)中，所述超声的时间为30～60s，所述超声的功率为1000～1500w。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在所述步骤2)中，所述氧化石墨烯水溶液为氧化石墨烯和水的混合物，所述氧化石墨烯水溶液中氧化石墨烯的浓度为6～8mg/ml。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在所述步骤2)中，所述冻干法为：以1000～1300w的功率超声25～35min至凝胶状，于85～95℃水浴加热50～70min，冷却至室温，得到待干燥液体；
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在所述步骤2)中，所述定向冷冻为将待干燥液体放入顶面和底面均敞口的模具中，使所述模具的底面与-180～-210℃的平面接触。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，通过定向冷冻装置实现所述定向冷冻，所述定向冷冻装置包括：长方形铜板和所述模具，所述模具的底面放置在所述长方形铜板上，所述长方形铜板的两端均向下弯折90度且浸入至液氮中。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在所述步骤3)中，所述干燥的时间为20～24h，所述干燥的温度为75～85℃。
8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在所述步骤3)中，升温至250℃～350℃的速率为2～4℃/min，升温至950～1050℃的速率为4～6℃/min。
9.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在所述步骤3)中，取出木纤维凝胶后且在干燥前，在木纤维凝胶下放置一吸水纸5～10min且每隔1min更换一次吸水纸。
10.如权利要求1～9中任意一项所述制备方法获得的超弹性碳气凝胶复合材料。
