[發(fā)明專利]Cu納米線-還原氧化石墨烯三維多孔薄膜的制備方法及應(yīng)用

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201510976766.8
• 申請日: 2015-12-22
• 公開（公告）號: CN105583408A
• 公開（公告）日: 2016-05-18
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 劉愛萍;陸標(biāo);錢巍;吳化平;王夏華;洪聰聰
• 申請（專利權(quán)）人: 浙江理工大學(xué)
• 主分類號: B22F9/24
• 分類號: B22F9/24;G01B7/16
• 代理公司: 杭州求是專利事務(wù)所有限公司 33200
• 代理人: 邱啟旺

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于還原氧化石墨烯復(fù)合材料傳感器領(lǐng)域，尤其涉及一種使用Cu納 米線、還原氧化石墨烯和PDMS復(fù)合材料制備方法，以及用其制備應(yīng)變傳感器 的方法。屬于先進石墨烯復(fù)合材料傳感器制備的技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

Cu作為人類最先發(fā)現(xiàn)并利用的金屬元素之一，自然界儲藏量大，價格低廉， 其價格約為金的百分之一、銀的十分之一。Cu納米線作為一維納米材料，不僅 保留其它納米材料的共性，還具有較大的長徑比和比表面積，良好的導(dǎo)電、催 化和機械性能。因此，Cu納米線廣泛應(yīng)用于電子電路、化學(xué)催化和柔性導(dǎo)電器 件等領(lǐng)域。

石墨烯是一種由碳原子以SP²雜化軌道組成六角形呈蜂巢晶格的二維單層 片狀結(jié)構(gòu)，具有透光率高、載流子遷移率高、良好的化學(xué)穩(wěn)定性及其卓越的機 械性能等優(yōu)點。因此，石墨烯廣泛用于電池、超級電容器和催化劑載體等領(lǐng)域 并且也可以作為化學(xué)、生物傳感器，用于可穿戴設(shè)備。但石墨烯一般通過繁瑣、 復(fù)雜且高成本的化學(xué)氣相沉積法制備，不利于大規(guī)模推廣應(yīng)用。于是，大部分 研究人員采用簡單、高效的氧化還原法制備還原氧化石墨烯替代石墨烯，在保 證其基本特性的基礎(chǔ)上，降低生產(chǎn)成本和技術(shù)難度。

PDMS由于具有極好的彈性和生物相容性，廣泛作為柔性電子器件的柔性 襯體。此外，PDMS還具備高透光性，高靈敏度，以及極短的弛豫時間等優(yōu)點， 將其作為石墨烯或者還原氧化石墨烯的柔性襯體，做成應(yīng)變傳感器或者化學(xué)傳 感器，不僅能夠充分發(fā)揮石墨烯與還原氧化石墨烯的優(yōu)良性能還能提高器件的 柔韌性，使傳感器更符合實際應(yīng)用。

近年來，柔性可穿戴電容型和電阻型應(yīng)變傳感器受到研究人員的廣泛關(guān)注。 如碳納米管薄膜/PDMS微陣列電容型應(yīng)變傳感器、三維石墨烯/PDMS電阻型應(yīng) 變傳感器和銀納米線/PDMS電阻型應(yīng)變傳感器等。但電容型應(yīng)變傳感器不能承 受較大應(yīng)變，電阻型應(yīng)變傳感器靈敏度較低且應(yīng)變檢測范圍較窄，制約其廣泛 應(yīng)用于可穿戴設(shè)備。而我們充分利用Cu納米線、三維還原氧化石墨烯和PDMS 的優(yōu)點，制備Cu納米線-還原氧化石墨烯-PDMS復(fù)合材料并將其應(yīng)用于電阻型 應(yīng)變傳感器，具有靈敏度高和應(yīng)變檢測范圍廣等優(yōu)點。此外，該材料和器件制 備方法條件溫和，簡單易行，工藝參數(shù)可控，成本低廉，可重復(fù)性高。因此， 該Cu納米線-還原氧化石墨烯-PDMS復(fù)合材料應(yīng)變傳感器作為可穿戴設(shè)備具有 巨大的應(yīng)用前景。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種Cu納米線-還原氧化石 墨烯三維多孔薄膜的制備方法及應(yīng)用。

本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的：一種Cu納米線-還原氧化石墨 烯三維多孔薄膜的制備方法，步驟如下：

(1)向乙二醇中加入Cu納米線、抗壞血酸和氧化石墨烯，使得Cu納米線 的濃度為0.1mg/mL-0.4mg/mL，抗壞血酸的濃度為2.0mg/mL，氧化石墨烯的 濃度為1.0mg/mL；混合均勻后移至水熱反應(yīng)釜中，將其置于120℃鼓風(fēng)干燥箱 中反應(yīng)4h，再冷卻至室溫，得到Cu納米線-還原氧化石墨烯復(fù)合水凝膠；

(2)將步驟1制備得到的Cu納米線-還原氧化石墨烯復(fù)合水凝膠置于0.5 wt％水合肼溶液中透析16h，再取出倒入去離子水中攪拌分散均勻，得到懸浮液， 再用砂芯過濾裝置抽濾并干燥，得到Cu納米線-還原氧化石墨烯三維多孔薄膜。

進一步地，步驟1中氧化石墨烯與抗壞血酸的質(zhì)量比為1:2。

一種Cu納米線-還原氧化石墨烯三維多孔薄膜的應(yīng)用，該應(yīng)用為：將Cu納 米線-還原氧化石墨烯三維多孔薄膜用于制備應(yīng)變傳感器。

進一步地，該應(yīng)用具體為：將Cu納米線-還原氧化石墨烯薄膜剪成2cm×0.5 cm的長條，兩端分別通過銀膠與銅線連接作為電極，再用液態(tài)PDMS對薄膜進 行澆注，真空抽濾除氣泡，并置于70℃鼓風(fēng)干燥箱中2h，使其交聯(lián)固化，得 到應(yīng)變傳感器。

本發(fā)明具有以下優(yōu)點：Cu納米線的加入使三維多孔還原氧化石墨烯具有更 大的比表面積，更優(yōu)的導(dǎo)電性和機械性能；以PDMS作為柔性襯體，使其在各 種變形中性能保持穩(wěn)定。該Cu納米線-還原氧化石墨烯-PDMS復(fù)合材料制備方 法條件溫和，簡單易行，工藝參數(shù)可控，成本低廉，可重復(fù)性高。該Cu納米線 -還原氧化石墨烯-PDMS復(fù)合材料應(yīng)變傳感器具有靈敏度高和應(yīng)變檢測范圍廣 等優(yōu)點，且可用于可穿戴設(shè)備。

附圖說明