[發(fā)明專利]具有溫度敏感特性的氧化石墨烯及元件的制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310195521.2
• 申請日: 2013-05-21
• 公開（公告）號: CN103318874A
• 公開（公告）日: 2013-09-25
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李進;梁森;羅民;何力軍;高忙忙;李海波;李國龍;溫崢;袁海雯
• 申請（專利權(quán)）人: 寧夏大學(xué)
• 主分類號: C01B31/04
• 分類號: C01B31/04;G01K7/22
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責(zé)任公司 61200
• 代理人: 朱海臨

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種溫度敏感材料及元件的制備，特別涉及一種在一定溫度內(nèi)具有電阻突變特性的氧化石墨烯及元件的制備方法。

背景技術(shù)

石墨烯是sp²雜化軌道結(jié)合的單層的二維碳原子晶體，是目前已知的最薄的單原子厚度的碳質(zhì)新材料。其斷裂強度高達125Gpa，熱導(dǎo)率為5000W/m.K。一般制備石墨烯采用傳統(tǒng)的化學(xué)剝離法，也即Hummers法。后來Hummers又對傳統(tǒng)方法經(jīng)過改良，形成改進的Hummers法（modified?Hummers?method），改進的Hummers法以鱗片石墨為原料，以高錳酸鉀、濃硫酸、硝酸鈉為氧化劑，將石墨氧化成氧化石墨，再通過超生清洗，去掉氧化物和其他雜質(zhì)，得到單層的氧化石墨烯。而通過各種還原方法，如加熱還原、水熱還原、激光還原、化學(xué)還原等使氧化石墨烯還原就能得到石墨烯。

通過Hummers法制備的氧化石墨烯，含有多種含氧官能團，如羥基、羰基、環(huán)氧基等。這些基團的存在大大降低材料的熱導(dǎo)、電導(dǎo)能特性，但正是這些基團的存在，可以更好的改進或利用石墨烯的特性。如中國專利CN102253091A利用氧化石墨烯制備成了濕度傳感器，該傳感器靈敏度高、響應(yīng)快。中國專利CN102136306A在氧化石墨烯中添加硝酸銀，并還原制備成了Ag與石墨烯的復(fù)合材料，提高了石墨烯的導(dǎo)電性。但到目前為止，還沒有利用氧化石墨烯作為溫度傳感器的報道，利用氧化石墨烯在一定溫度下脫去含氧功能團，引起電阻或電阻率降低的性質(zhì)可以制備溫度傳感器材料。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明目的是提供一種利用氧化石墨烯來制備溫度傳感材料及元件的方法。所制備的石墨烯溫度傳感元件在室溫下保持較高的電阻或電阻率，當(dāng)達到一定溫度時，其電阻或電阻率降到較小值，可實現(xiàn)對溫度報警、控制和過熱保護的功能。

為達到以上目的，本發(fā)明是采取如下技術(shù)方案予以實現(xiàn)的：

一種具有溫度敏感特性的氧化石墨烯的制備方法，其特征在于，包括下述步驟：

（1）按以下質(zhì)量份數(shù)準(zhǔn)備原料：鱗片石墨1份；高錳酸鉀1～5份；濃硫酸23份；硝酸鈉0.5份；

（2）將鱗片石墨、硝酸鈉加入到濃硫酸中，并在冰浴條件下攪拌至少30分鐘，然后加入高錳酸鉀，繼續(xù)攪拌30分鐘以上；

（3）將步驟（2）所得混合物置于35℃±3℃的環(huán)境中，攪拌2～5小時，得到褐色溶液；

（4）在步驟（3）所得褐色溶液中加入蒸餾水，于不高于95℃條件下反應(yīng)，直到溶液顏色變成黃色；

（5）在步驟（4）所得黃色溶液中加入雙氧水，并用蒸餾水超聲清洗，直到溶液的酸堿度為中性為止；

（6）將步驟（5）所得溶液冷凍干燥，得到金黃色的粉末，并將粉末研磨均勻，即得到具有溫度敏感特性的氧化石墨烯粉。

上述方法中，所述濃硫酸的質(zhì)量濃度為98%。所述雙氧水的質(zhì)量濃度為30%。

一種溫度敏感特性元件的制備方法，其特征在于，采用前述氧化石墨烯粉制備，包括下述步驟：加入氧化石墨烯粉質(zhì)量的2%粘結(jié)劑PVDF（聚偏氟乙烯），并加入適量酒精，充分混合后在200Mpa壓力下，壓制成直徑不超過20mm的圓片，該圓片厚度是直徑的1/3-1/5；在圓片的上下表面刷涂低溫銀漿，然后放入烘箱中100℃以下干燥，烘干后得到氧化石墨烯溫度敏感特性元件。

本發(fā)明制備氧化石墨烯溫度敏感材料，主要通過調(diào)節(jié)KMnO₄與鱗片石墨的比例，來得到不同氧化程度的氧化石墨烯，不同氧化程度的石墨烯其室溫電阻或電阻率不同，KMnO₄比例越大，制備出的溫度敏感材料的室溫電阻或電阻率越大。該溫度敏感材料的電阻與溫度呈現(xiàn)良好的負溫度相關(guān)性，也即隨溫度的上升，材料的電阻下降。利用氧化石墨烯敏感材料的電阻與溫度關(guān)系，可以實現(xiàn)對溫度的監(jiān)控和報警的作用。本發(fā)明獲得的溫度敏感材料，適用于室溫～250℃范圍內(nèi)，室溫電阻率范圍為7650000～87300000Ω·cm。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的兩種氧化程度（實施例4和實施例7），也即石墨與KMnO₄比例分別為1:2.5和1:4的氧化石墨烯的熱失重圖。

圖2為本發(fā)明實施例4和實施例7氧化石墨烯的電阻與溫度關(guān)系圖。

具體實施方式

以下結(jié)合具體實施例對本發(fā)明作進一步的詳細說明。