一種石墨烯宏觀材料的應用方法
【專利摘要】本發明公開了一種石墨烯宏觀材料的應用方法，具體為將石墨烯宏觀材料用作吸降噪的吸聲材料。該應用方法利用石墨烯宏觀材料的泡沫多孔性或薄膜作用，使入射聲波能量盡可能無反射地進入吸聲材料，并使聲能絕大部分被吸收。該應用方法適用于控制、調整室內的混響時間和降低喧鬧場所的噪聲，以改善室內聽聞條件和生活、工作環境。進一步，對所述的石墨烯宏觀材料的不同形態加以復合使用，可以同時吸收高、中、低頻率的聲能，應用范圍進一步拓展到交通工具、大型影院和劇場、會議場所、廠礦企業生產車間、室內裝潢、軍事器械、機械設備、中央空調等吸聲降噪應用領域。
【專利說明】一種石墨烯宏觀材料的應用方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種石墨烯宏觀材料在制備吸降噪的吸聲材料中的應用，是一種石墨烯宏觀材料的新應用，屬于環保技術。
【背景技術】
[0002]現代化工業社會的飛速發展為人們帶來舒適便利生活的同時，也帶來了一些負面產物。噪聲，已經成為破壞人們工作和生活環境質量的污染源之一，不僅嚴重危害人的聽覺系統，使人疲倦、耳聾，而且還會加速建筑物及機械結構的老化，影響設備及儀表的精度和使用壽命。在某些軍事領域，噪聲更加被看作是作戰雙方共同的敵人，它不僅降低己方作戰武器或裝備的使用性能，還會將己方暴露在敵方的攻擊范圍之內，從而造成重大的軍事損失或挫敗，例如在潛對抗或者潛艇與水面艦艇的對抗中，情況就是這樣。鑒于此，噪聲控制一直是各國政府和科技工作者研究的重要問題，目前主要的解決辦法之一就是使用吸聲材料，這也被看作是一種有效的被動式吸聲降噪方法。
[0003]吸聲材料按吸聲機理可分為多孔吸聲材料和共振吸聲材料兩大類。多孔吸聲材料的物理結構特征是材料有大量的表面至內部且互相貫通的敞開孔道，當聲波入射到多孔材料時，引起孔隙內的空氣振動，由于摩擦和空氣的粘滯阻力等因素使得聲波衰減，該類材料以吸收中高頻聲波為主。由于多孔材料的低頻吸聲性能差，為解決中低頻吸聲問題，往往采用共振吸聲結構，共振吸聲材料相當于多個Helmholtz吸聲共振器并聯而成的共振吸聲結構，其吸聲頻譜以共振頻率為中心出現吸收峰。當入射聲波頻率與材料的固有頻率接近時，材料發生共振從而達到減弱入射聲波強度的目的。然而，當入射聲波頻率與材料的固有頻率相差較大時，材料對聲波的減弱作用較小，吸聲性能較低。可見，這種共振吸聲結構的吸聲系數隨頻率而變化，吸聲性能對入射聲波頻率的適應性較差。相比之下，多孔吸聲材料具有對入射聲波頻率適應性較強的特點，在實際生活中應用較為廣泛。
[0004]傳統的多孔吸聲材料，如有機和無機纖維材料，由于性脆易斷，受潮后吸聲性能下降嚴重等原因，適用范圍受到很大的限制。對于吸聲金屬材料，雖然其性能的確優越，但由于制作成本高，在國內還處于有待進一步發展的地位。多孔吸聲材料中只有泡沫類材料的發展處于高速階段，許多新產品新工藝不斷涌現。該類材料的高孔隙率和氣孔的立體均勻分布賦予其優良的聲學性能，不僅吸聲系數高，而且適用頻帶范圍寬。泡沫吸聲材料的研究已經涉及到金屬材料、有機材料、無機材料和有機無機復合材料，它們各具特色和實用價值。眾所周知，金屬材料原材料成本高昂，有機材料易燃且氣味污染大，無機材料重量大又不耐潮，有機無機復合材料生產工藝復雜。要想進一步提高泡沫材料的綜合性能，應當研發新材質的多孔吸聲泡沫材料，同時應該結合共振吸聲材料的優點，研制出新型的復合結構吸聲材料。
【發明內容】
[0005]發明目的:為了克服現有技術中存在的不足，本發明提出一種石墨烯宏觀材料在制備吸降噪的吸聲材料中的應用，具有質輕、阻燃、耐潮、環保、成本低、吸聲頻率范圍廣等優點。
[0006]技術方案:為實現上述目的，本發明采用的技術方案為:
[0007]—種石墨烯宏觀材料的應用方法，將石墨烯宏觀材料用作吸降噪的吸聲材料。
[0008]具體的，所述石墨烯宏觀材料的形態包括多孔石墨烯泡沫、石墨烯薄膜
[0009]可以單獨將一種形態的石墨烯宏觀材料用作吸降噪的吸聲材料，也可以將兩種以上形態的石墨烯宏觀材料進行結構復合后用作吸降噪的吸聲材料，以達到同時吸收高、中、低頻率噪聲能的目的。
[0010]基于所列石墨烯宏觀材料的形態，具體來說，單獨將多孔石墨烯泡沫用作吸降噪的吸聲材料，或者將多孔石墨烯泡沫和石墨烯薄膜進行結構復合后用作吸降噪的吸聲材料。基于多孔石墨烯泡沫材料的多孔性能夠有效地對噪聲進行吸收，基于石墨烯薄膜的作用，能夠使聲能無反射地進入多孔石墨烯泡沫，使聲能絕大部分被吸收。
[0011]有益效果:本發明提供的石墨烯宏觀材料的應用方法，相較于現有技術，具有如下有益效果:
[0012]1、該應用方法可適用于控制、調整室內的混響時間和降低喧鬧場所的噪聲，以改善室內聽聞條件和生活、工作環境；進一步，對所述的石墨烯宏觀材料的不同形態加以復合使用，可以同時吸收高、中、低頻率的聲能，應用范圍進一步拓展到交通工具、大型影院和劇場、會議場所、廠礦企業生產車間、室內裝潢、軍事器械、機械設備、中央空調等吸聲降噪應用領域；
[0013]2、石墨烯原材料成本低，制備工藝簡單，制成的石墨烯泡沫具有質輕、阻燃、耐潮、環保等優點；同時石墨烯泡沫孔徑大小、孔隙率均可以加以控制以適應不同頻率的入射噪聲；因此，將石墨烯泡沫用作吸聲降噪材料具有綜合性能上的優勢；
[0014]3、石墨烯泡沫可以單獨用作吸聲降噪材料，亦可和石墨烯薄膜材料復合使用，利用石墨烯薄膜的共振吸聲性能，以達到同時吸收高、中、低頻率的噪聲聲能的有益效果。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0015]圖1為石墨烯泡沫宏觀材料的光學照片；
[0016]圖2為石墨烯泡沫宏觀材料的微觀結構的SEM照片；
[0017]圖3為石墨烯泡沫宏觀材料的吸聲系數隨頻率變化曲線圖；
[0018]圖4為石墨烯薄膜宏觀材料的吸聲系數隨頻率變化曲線圖；
[0019]圖5為石墨烯泡沫宏觀材料和石墨烯薄膜復合結構側視示意圖；
[0020]圖6為石墨烯泡沫宏觀材料和石墨烯薄膜復合使用時吸聲系數隨頻率變化曲線圖。
【具體實施方式】
[0021]下面結合附圖對本發明作更進一步的說明。
[0022]一種石墨烯宏觀材料的應用方法，將石墨烯宏觀材料用作吸降噪的吸聲材料。石墨烯宏觀材料的光學照片如圖1所示，石墨烯宏觀材料的微觀結構如圖2所示。
[0023]本發明中，所使用的石墨烯宏觀材料的形態為多孔石墨烯泡沫和石墨烯薄膜。[0024]多孔石墨烯泡沫的制備方法如下:第一種方法:首先采用Hmnmers方法制備濃度為0.01?10.0mg/mL的氧化石墨烯水溶液；然后將此溶液進行低壓冷凍干燥，得到多孔氧化石墨烯泡沫；最后在600?1200°C高溫和惰性氣氛保護條件下把氧化石墨烯泡沫還原為石墨烯泡沫。第二種方法:首先采用Hummers方法制備濃度為0.01?10.0mg/mL的氧化石墨烯水溶液，并用氨水將此溶液pH調為5.0?11.0 ;然后將此溶液置于密封罐中進行水熱反應2?48h，溫度控制在100?300°C，自然冷卻后得到石墨烯水凝膠；最后將石墨烯水凝膠進行低壓冷凍干燥，即可得到多孔石墨烯泡沫。
[0025]石墨烯薄膜的制備方法如下:石墨烯薄膜材料制備:首先采用Hmnmers方法制備濃度為0.1?10.0mg/mL的氧化石墨烯溶液，溶劑為水和酒精的混合溶液；然后采用噴涂或者旋涂的方法噴在加熱的襯底上形成氧化石墨烯薄膜，加熱溫度為60?95°C，薄膜厚度依據涂裝時間可達I μ m?Icm ;緊接著將氧化石墨烯薄膜置于含有肼的密閉容器中，于60?110°C下保溫I?48h，可還原得到石墨烯薄膜；最后將其浸入酒精溶液，即可使得石墨烯薄膜與襯底分離，得到單張石墨烯薄膜。
[0026]下面結合實施例，具體介紹本發明的具體應用。
[0027]實施例1:
[0028]根據國標GBJ88-85《駐波管法吸聲系數與聲阻抗率測量規范》，測量宏觀石墨烯泡沫材料的吸聲系數。待測石墨烯泡沫實物如圖1所示，厚度為1cm，其微觀結構如圖2所示，可以看到是由大量的相互連通的孔洞構成的。石墨烯泡沫試件制備和安裝要求為:選取表面平整的石墨烯泡沫，截取出形狀和面積與駐波管截面相似的試件，必要時試件的側面與管壁間的縫隙應當采取適當的密封措施。然后將待測石墨烯泡沫試件置于駐波管的一端，聲源裝置安放于另一端，試件表面應與駐波管軸線相垂直。圖3顯示的是石墨烯泡沫宏觀材料的吸聲系數隨頻率變化曲線圖，其中橫坐標是入射聲源頻率，縱坐標是受測材料的吸聲系數。可以看到，石墨烯泡沫材料在大于IOOOHz的中高頻具有80%以上的吸聲系數，而在低頻區吸聲系數較低。這說明多孔石墨烯泡沫是一種理想的吸聲材料。
[0029]實施例2:
[0030]根據實施例1所用測試方法，測量宏觀石墨烯薄膜材料的吸聲系數，待測石墨烯薄膜實物厚度為0.5_。石墨烯泡沫試件制備和安裝要求參照實施例1。圖4顯示的是石墨烯薄膜宏觀材料的吸聲系數隨頻率變化曲線圖，其中橫坐標是入射聲源頻率，縱坐標是受測材料的吸聲系數。可以看到，石墨烯泡沫材料在低于IOOOHz的中低頻具有50%以上的吸聲系數，而在高頻區吸聲系數較低。
[0031]實施例3:
[0032]根據實施例1所用測試方法，測量石墨烯泡沫和石墨烯薄膜材料復合結構的吸聲系數。該復合結構采用如下制備過程:首先裁取相同截面大小的石墨烯泡沫和石墨烯薄膜，厚度分別為Icm和0.5mm ;然后將石墨烯泡沫一面打磨平整，用洗耳球吹去碎屑；最后用固化劑將石墨烯薄膜固定在被打磨的石墨烯泡沫的一側，另一側垂直于入射聲波方向。復合結構測試的示意圖如圖5所示。其中I是石墨烯泡沫，2是石墨烯薄膜，3為測試聲源。圖6為石墨烯泡沫和石墨烯薄膜材料復合結構的吸聲系數隨頻率變化曲線圖，其中橫坐標是入射聲源頻率，縱坐標是受測材料的吸聲系數。可以看到，在中高頻區域吸聲系數高達90%以上，在中低頻區域也能達到65%以上。這說明石墨烯泡沫和石墨烯薄膜材料復合結構的吸聲系數相對于單一結構的石墨烯泡沫或者石墨烯薄膜均有所提高。
[0033]以上所述僅是本發明的優選實施方式，應當指出:對于本【技術領域】的普通技術人員來說，在不脫離本發明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發明的保護范圍。
【權利要求】
1.一種石墨烯宏觀材料的應用方法，其特征在于:將石墨烯宏觀材料用作吸降噪的吸聲材料。
2.根據權利要求1所述的石墨烯宏觀材料的應用方法，其特征在于:所述石墨烯宏觀材料的形態包括多孔石墨烯泡沫、石墨烯薄膜。
3.根據權利要求1所述的石墨烯宏觀材料的應用方法，其特征在于:單獨將一種形態的石墨烯宏觀材料用作吸降噪的吸聲材料，或者將兩種以上形態的石墨烯宏觀材料進行結構復合后用作吸降噪的吸聲材料。
4.根據權利要求1所述的石墨烯宏觀材料的應用方法，其特征在于:單獨將多孔石墨烯泡沫用作吸降噪的吸聲材料。
5.根據權利要求1所述的石墨烯宏觀材料的應用方法，其特征在于:將多孔石墨烯泡沫和石墨烯薄膜進行結構復合后用作吸降噪的吸聲材料。
【文檔編號】G10K11/162GK103794204SQ201410052423
【公開日】2014年5月14日 申請日期:2014年2月17日 優先權日:2014年2月17日
【發明者】徐峰, 陳正發, 武和平, 王少志, 王健, 王豪, 孫立濤, 吳幸, 畢恒昌, 尹奎波, 萬能, 賀龍兵, 萬樹, 周奕龍 申請人:東南大學