[發(fā)明專利]一種微型石墨烯氣凝膠器件的制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010168736.5
• 申請日: 2020-03-12
• 公開（公告）號: CN111232959B
• 公開（公告）日: 2021-04-13
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 許震;高超;龐凱
• 申請（專利權(quán)）人: 浙江大學(xué)
• 主分類號: C01B32/184
• 分類號: C01B32/184;H01M4/133;H01M4/587;H01M10/0525;B33Y70/10;B33Y80/00;H01M4/02
• 代理公司: 杭州華宸聯(lián)名知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 33352
• 代理人: 黃歡娣

本發(fā)明首次提出一種微型石墨烯氣凝膠器件的制備方法，通過結(jié)合原位打印和溶液塑化發(fā)泡，制備得到了微尺寸的石墨烯氣凝膠陣列式器件，且其具有優(yōu)異的柔性及穩(wěn)定性，可適合于多種應(yīng)用場所，如傳感、儲能等。本發(fā)明所提供的陣列傳感器具有極高的穩(wěn)定性，因此具有較高的精度及可靠性，結(jié)合深度機(jī)器學(xué)習(xí)可賦予機(jī)器智能學(xué)習(xí)識別的功能，為下一代人工智能的發(fā)展起到極大的推動。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于功能材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種微型石墨烯氣凝膠器件的制備方法及其應(yīng)用。

背景技術(shù)

隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，設(shè)備都傾向于柔性化及微型化進(jìn)行發(fā)展，目前微型化設(shè)備主要集中于成熟的硅基的CMOS工藝進(jìn)行制造，但是由于其性能有限，對于許多復(fù)雜的環(huán)境很難進(jìn)行性能兼容，因此急需發(fā)展新型的材料及工藝彌補(bǔ)這一問題。石墨烯是由單層的碳原子以sp2雜化形式構(gòu)筑的納米碳材料，其導(dǎo)帶與價帶相交于狄拉克點，從而致使其具有超快的電子傳輸速度，其具有極高的導(dǎo)電、導(dǎo)熱及力學(xué)性能，是最具有希望解決微型化器件的材料之王。但是由于石墨烯之間具有極強(qiáng)的范德華作用力，從而在宏觀組裝材料中維持其單層的性質(zhì)，限制了其應(yīng)用。

石墨烯氣凝膠，由單層或少層的石墨烯片層與空氣所搭接的三維多孔網(wǎng)絡(luò)而成，從而利用間隙削弱了層間作用力，可發(fā)揮其固有的性能，得到許多的應(yīng)用研究。當(dāng)材料中納米厚度的石墨烯受到微弱外界的刺激，如力、電、熱、聲音等，材料整體信號產(chǎn)生擾動，從而可實現(xiàn)多種刺激的探測；此外，由于石墨烯氣凝膠中多孔結(jié)構(gòu)的存在，為其電荷離子提供了較多的傳輸通道，因此在能源儲存領(lǐng)域也發(fā)揮了不可忽視的作用。但是，石墨烯氣凝膠目前主要采用冷凍模板法制備而成，但是由于冷凍結(jié)冰過程中冰晶很難避免缺陷的存在，因此導(dǎo)致其性能大幅度降低，且后續(xù)繁瑣的模板去除也導(dǎo)致其很難進(jìn)行微型化、集成化及大規(guī)模化生產(chǎn)。

公開于該背景技術(shù)部分的信息僅僅旨在增加對本發(fā)明的總體背景的理解，而不應(yīng)當(dāng)被視為承認(rèn)或以任何形式暗示該信息構(gòu)成已為本領(lǐng)域一般技術(shù)人員所公知的現(xiàn)有技術(shù)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種微型石墨烯氣凝膠器件的制備方法，其主要是利用原位發(fā)泡在器件的基底上獲得微型級別的石墨烯氣凝膠單元，該方法主要是將氧化石墨烯以溶液的形式滴加至器件表面，然后在器件表面實現(xiàn)原位發(fā)泡，提高了氣凝膠器件的精密性。

上述的滴加可以采用3D打印來實現(xiàn)，3D打印具有極高的精度，所得氣凝膠陣列可實現(xiàn)微型化，且所得氣凝膠的穩(wěn)定性較為優(yōu)異，因此可以獲得具有較高分辨率的石墨烯氣凝膠陣列式傳感器。

本發(fā)明的另一個目的在于提供一種微型石墨烯氣凝膠器件的制備方法，其主要是結(jié)合溶劑塑化和原位氣泡的產(chǎn)生，該方法區(qū)別于現(xiàn)有的熱塑性發(fā)泡，其是在溶液環(huán)境下，塑化劑滲入到膜材料中，降低膜材料內(nèi)部的分子間作用力，降低發(fā)泡阻力；同時，解決了非熱塑性材料的發(fā)泡難題，提高了氣凝膠器件的穩(wěn)定性。

為了實現(xiàn)上述任一目的，本申請采用如下方案：以氧化石墨烯溶液為墨水，打印在器件的基底上，經(jīng)過固化后，滴加含有發(fā)泡劑的極性溶液，使得氧化石墨烯發(fā)生塑化發(fā)泡，經(jīng)過干燥還原后在器件基底上得到微型石墨烯氣凝膠單元。

或采用如下等同方案：

以摻有發(fā)泡劑的氧化石墨烯溶液為墨水，打印在器件的基底上，經(jīng)過固化后，滴加極性溶液，使得氧化石墨烯發(fā)生塑化發(fā)泡，經(jīng)過干燥還原后在器件基底上得到微型石墨烯氣凝膠單元。

上述的發(fā)泡劑包括自發(fā)泡劑和反應(yīng)型發(fā)泡劑，所述反應(yīng)型發(fā)泡劑為可通過與氧化石墨烯含氧官能團(tuán)反應(yīng)并產(chǎn)生氣體的發(fā)泡劑，包括但不限于水合肼、硼氫化鹽，所述自發(fā)泡劑為可分解產(chǎn)生氣體的發(fā)泡劑，包括但不限于碳酸氫鹽。

作為本領(lǐng)域的公知常識，引發(fā)自發(fā)泡劑發(fā)泡的方法包括但不限于：加入引發(fā)劑、加熱；其中所述的引發(fā)劑引發(fā)所述發(fā)泡劑前驅(qū)體產(chǎn)生氣體。