[發明專利]一種具有防冰和感知特性的石墨烯基褶皺薄膜的制備方法

有效

• 申請號: 202010589898.6
• 申請日: 2020-06-24
• 公開（公告）號: CN111807356B
• 公開（公告）日: 2023-02-10
• 發明（設計）人: 矯維成;楚振明;王榮國;赫曉東
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: C01B32/192
• 分類號: C01B32/192;C01B33/18
• 代理公司: 哈爾濱市陽光惠遠知識產權代理有限公司 23211
• 代理人: 裴閃閃

1.一種具有防冰和感知特性的石墨烯基褶皺薄膜的制備方法，其特征在于，該制備方法按以下步驟進行：

一、rGO褶皺薄膜的制備：利用干法轉移將rGO薄膜轉移至雙軸向拉伸的丙烯酸基底薄膜上，然后按順時針方向依次釋放四個方向的基底薄膜，使基底薄膜回縮至原始尺寸，得到rGO褶皺薄膜；

二、SiO₂/rGO微-納分級褶皺薄膜的制備：將十六烷基三甲基溴化銨加入到氨水混合液中，于35~45 ℃的油浴中攪拌至混合均勻，得到混合液，然后將步驟一得到的rGO褶皺薄膜放入混合液中磁力攪拌4h~6h ，再逐滴加入正硅酸乙酯，繼續磁力攪拌11h~13h，取出后超聲清洗，然后真空干燥，得到SiO₂/rGO微-納分級褶皺薄膜；其中所述氨水混合液由去離子水、無水乙醇和氨水混合而成；

三、具有防冰和感知特性的石墨烯基褶皺薄膜的制備：將步驟二得到的SiO₂/rGO微-納分級褶皺薄膜固定在勻膠機上，然后向薄膜上滴加正己烷稀釋的PDMS，勻膠處理后依次進行干燥去溶劑處理、固化處理，得到具有防冰和感知特性的石墨烯基褶皺薄膜；

所述正己烷稀釋的PDMS的制備方法如下：將用于合成PDMS的固化劑與預聚體按質量比為1:10混合均勻，然后加入正己烷進行稀釋，稀釋至PDMS的質量濃度為1%；

具有防冰和感知特性的石墨烯基褶皺薄膜通過監測電阻變化感知水滴撞擊過程及水滴在表面的結冰情況，實現實時防冰。

2.根據權利要求1所述的一種具有防冰和感知特性的石墨烯基褶皺薄膜的制備方法，其特征在于，步驟一中所述rGO薄膜的制備方法如下：①將5mL~6mL濃度為0.2 mg/mL的氧化石墨烯水溶液真空抽濾到直徑為50mm，孔徑為0.45μm的聚四氟乙烯濾膜上，在50 ℃的鼓風烘箱中干燥，得到GO薄膜；②將GO薄膜置于HI氣氛中，在90~110℃烘箱中放置2h，取出后放入120 ℃烘箱中，去除薄膜表面多余的HI，得到rGO薄膜。

3.根據權利要求2所述的一種具有防冰和感知特性的石墨烯基褶皺薄膜的制備方法，其特征在于，所述氧化石墨烯水溶液的制備方法如下：將23 mL的濃硫酸加入到250 mL的燒杯中，冰水浴冷卻至0℃，加入1g天然石墨粉，400r/min~600r/min下磁力攪拌40min~60min，分次加入6 g KMnO₄，磁力攪拌2.5h~3.5h，將燒杯轉移至35~45℃的恒溫水浴鍋中，600r/min~800r/min下機械攪拌40min~50min，然后將燒杯轉移到70~90℃的恒溫水浴鍋中，600r/min~800r/min下機械攪拌，分次加入80 mL蒸餾水，繼續攪拌10min~20min，然后一次性的加入60 mL蒸餾水稀釋，最后加入由10.81 mL 30%的雙氧水和60 mL去離子水組成的混合溶液，溶液變為金黃色，用去離子水離心洗滌至溶液pH值在5~6，超聲20min~40min，得到氧化石墨烯水溶液。

4.根據權利要求3所述的一種具有防冰和感知特性的石墨烯基褶皺薄膜的制備方法，其特征在于，分次加入80 mL蒸餾水時采用先少后多的方式。

5.根據權利要求1所述的一種具有防冰和感知特性的石墨烯基褶皺薄膜的制備方法，其特征在于，步驟一中所述雙軸向拉伸的丙烯酸基底膜的預應變為300%~400%。

6.根據權利要求1所述的一種具有防冰和感知特性的石墨烯基褶皺薄膜的制備方法，其特征在于，步驟二中所述十六烷基三甲基溴化銨的質量與去離子水的體積的比為（80~120）mg：40mL。

7.根據權利要求1所述的一種具有防冰和感知特性的石墨烯基褶皺薄膜的制備方法，其特征在于，步驟二中所述氨水混合液中去離子水與無水乙醇的體積比為（3~5）:1，所述去離子水與氨水的體積為40：（1~2）。

8.根據權利要求1所述的一種具有防冰和感知特性的石墨烯基褶皺薄膜的制備方法，其特征在于，步驟二中所述正硅酸乙酯的體積與十六烷基三甲基溴化銨的質量的比為（1~2）mL：100mg。

9.根據權利要求1所述的一種具有防冰和感知特性的石墨烯基褶皺薄膜的制備方法，其特征在于，步驟三中向薄膜上滴加10μL的正己烷稀釋的PDMS，步驟三中所述勻膠處理的過程為：在300rpm下旋轉10s。