[發(fā)明專利]一種具有自清潔超疏液特性的石墨烯氧化鋅微納分級(jí)功能材料的制備方法及其應(yīng)用

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810125540.0
• 申請(qǐng)日: 2018-02-08
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN108486544B
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-06-05
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 肖帥;陳惠琄;楊伯儒;柳成林;林迪安;杭天;楊成端;謝曦
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 佛山市順德區(qū)中山大學(xué)研究院;廣東順德中山大學(xué)卡內(nèi)基梅隆大學(xué)國(guó)際聯(lián)合研究院;中山大學(xué)
• 主分類號(hào): C23C16/26
• 分類號(hào): C23C16/26;C23C16/40;C23C16/455;C23C18/12;C23C28/04
• 代理公司: 廣州嘉權(quán)專利商標(biāo)事務(wù)所有限公司 44205
• 代理人: 左恒峰

本發(fā)明公開(kāi)了一種具有自清潔超疏液特性的石墨烯氧化鋅微納分級(jí)功能材料的制備方法及其應(yīng)用。這種石墨烯氧化鋅微納分級(jí)功能材料的制備方法包括以下步驟：S1：在襯底上生成垂直石墨烯；S2：通過(guò)原子層沉積法，在石墨烯表面浸涂吸附氧化鋅納米顆粒晶種；S3：通過(guò)水熱法，在石墨烯上生長(zhǎng)氧化鋅納米線，形成石墨烯?氧化鋅微納結(jié)構(gòu)材料；S4：將石墨烯?氧化鋅微納結(jié)構(gòu)材料進(jìn)行改性處理，即可。同時(shí)也公開(kāi)了這種石墨烯氧化鋅微納分級(jí)功能材料的應(yīng)用。本發(fā)明制得的石墨烯氧化鋅微納分級(jí)功能材料具有超疏水、超疏油、超疏血的良好性能，是一種功能性自清潔材料。這種材料可作為電極或者修飾電極，作為傳感器來(lái)檢測(cè)物質(zhì)，具有廣闊的應(yīng)用前景。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種具有自清潔超疏液特性的石墨烯氧化鋅微納分級(jí)功能材料的制備方法及其應(yīng)用。

背景技術(shù)

超疏液(兼具超疏水、超疏油、超疏血特性)材料因其獨(dú)特的斥液特性在自清潔、防污防腐、液體運(yùn)輸、減阻材料、微流管控設(shè)計(jì)等國(guó)防、日常生活領(lǐng)域擁有廣闊的應(yīng)用前景。隨著材料表面基礎(chǔ)理論研究的不斷深入，新制備技術(shù)的快速發(fā)展，超疏液材料的研究日益受到關(guān)注。自然界中超疏水表面的例子很多，如可以毫不費(fèi)力地滾落水滴的蓮花葉。毋庸置疑，基于“荷葉效應(yīng)”的超疏水仿生材料已經(jīng)在涂料、薄膜等工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域證實(shí)了其廣泛的應(yīng)用價(jià)值。將含氟的多層次納米二氧化硅球與碳納米管修飾在微米尺度的碳布上，可以對(duì)常用的油具有穩(wěn)定的超疏油特性。氟化的二氧化鈦納米管表面具有很好的抗血小板黏附的性質(zhì)。

對(duì)于粗糙的表面，潤(rùn)濕行為可以理論上由Wenzel和Cassie模型的兩個(gè)潤(rùn)濕模型來(lái)描述。在Wenzel狀態(tài)下，由于液體能完全滲透到粗糙表面的微結(jié)構(gòu)如孔洞、凹隙中，故能增加液體與固體底物之間的接觸面積，從而放大固體材料的潤(rùn)濕或非潤(rùn)濕性，此時(shí)液體與固體之間的粘附作用較強(qiáng)。而在Cassie狀態(tài)下，空氣被截留在液體下方的粗糙表面上，形成能將液滴支撐的復(fù)合固-液-氣界面，這使得液滴具有較大的接觸角和較低的滾動(dòng)角。所以為了讓材料表面能夠具有超疏液的性質(zhì)，應(yīng)該讓液體在材料表面處于穩(wěn)定的Cassie狀態(tài)。利用Cassie模型可以解釋荷葉的潤(rùn)濕性能，目前的研究揭示出荷葉表面的微納分級(jí)結(jié)構(gòu)對(duì)其潤(rùn)濕性能起了關(guān)鍵作用。通過(guò)荷葉表面的仿生設(shè)計(jì)，可以制備得到具有微納分級(jí)結(jié)構(gòu)的超疏水表面。通常，具有分級(jí)結(jié)構(gòu)的疏液表面可以通過(guò)表面粗糙結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與固體表面低表面能的修飾兩方面的協(xié)同作用來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)液體的排斥。

石墨烯材料因其良好的電學(xué)，光學(xué)，熱學(xué)，力學(xué)特性具有廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，而基于石墨烯的復(fù)合材料更是石墨烯眾多應(yīng)用領(lǐng)域中一個(gè)十分重要的研究方向，石墨烯與納米金屬氧化物的復(fù)合制備鋰電池材料，增強(qiáng)了其導(dǎo)電性和增大了比表面積。石墨烯與導(dǎo)電高分子或金屬氧化物的復(fù)合制備超級(jí)電容器，超級(jí)電容器具有能量密度高，充放電時(shí)間短，循環(huán)使用壽命長(zhǎng)，經(jīng)濟(jì)環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)。

石墨烯在生物傳感器方向的應(yīng)用在近年來(lái)越來(lái)越多，生物傳感器是一種對(duì)生物物質(zhì)敏感，并且利用這種敏感對(duì)其進(jìn)行檢測(cè)的儀器。生物傳感器根據(jù)生物材料敏感性材料不同，分為免疫傳感器，酶?jìng)鞲衅鳎娀瘜W(xué)DNA傳感器，動(dòng)植物組織傳感器以及微生物傳感器。而石墨烯的廉價(jià)，環(huán)境友好，生物兼容性以及活性基團(tuán)分布均勻，還有大量的羧基，羥基等官能團(tuán)，和良好的溶解性能讓石墨烯成為了一種理想的生物傳感材料。由于石墨烯復(fù)合材料修飾的電極的引入，大大降低了氧化電位，提高了靈敏度，擴(kuò)大了檢測(cè)范圍。在對(duì)生物小分子檢測(cè)方面，石墨烯復(fù)合材料修飾的電極可以對(duì)煙酞胺脈嘿吟二核昔酸(NADH)，多巴胺(DA)屬兒茶酚類物質(zhì)，撲熱息痛(APAP)，抗環(huán)血酸、尿酸、酪氨酸和色氨酸等生物小分子的進(jìn)行更加精確的檢測(cè)。在生物大分子檢測(cè)方面，可以作為免疫性生物傳感器檢測(cè)蛋白質(zhì)，病原，細(xì)菌，病毒類以及細(xì)胞等。同時(shí)，石墨烯在酶生物傳感器方面也有廣闊的應(yīng)用。

石墨烯材料獨(dú)特的二維結(jié)構(gòu)、優(yōu)良的力學(xué)性能、良好光電性質(zhì)、較大的比表面積等都引起了全世界科學(xué)家的關(guān)注。其在能量?jī)?chǔ)存、液晶器件、電子器件、生物材料、傳感材料和催化劑載體等領(lǐng)域展現(xiàn)出了優(yōu)良性能，具有廣闊的應(yīng)用前景。但是，如何改善石墨烯基復(fù)合材料組分之間的分散性、相容性、納米結(jié)構(gòu)與尺寸的控制，以及溶劑的選擇等問(wèn)題，值得繼續(xù)研究與探討。