[發明專利]一種碳/MOF三維連續體結構的電極材料的制備方法及應用

在審

• 申請號: 202110697729.9
• 申請日: 2021-06-23
• 公開（公告）號: CN113551814A
• 公開（公告）日: 2021-10-26
• 發明（設計）人: 鄭冬;曹澥宏;劉文賢;施文慧;葛晨棟
• 申請（專利權）人: 浙江工業大學
• 主分類號: G01L1/20
• 分類號: G01L1/20
• 代理公司: 杭州杭誠專利事務所有限公司 33109
• 代理人: 何俊

本發明涉及可壓縮復合材料領域，針對傳統柔性傳感器敏感度低且需外接電源的問題，提供一種碳/MOF三維連續體結構的電極材料的制備方法，先將泡沫清洗后浸于氧化石墨烯GO分散液中，干燥形成石墨烯包覆泡沫骨架結構，還原氣氛下煅燒形成碳泡沫；配置金屬鹽和對苯二甲酸或其取代物的混合溶液，水熱反應得到二維MOF材料，將二維MOF材料分散得分散液；將碳泡沫浸入分散液中，干燥得到碳/MOF三維連續體結構的電極材料。制備不需大型儀器設備，簡單靈活，條件易于控制，能夠批量化或工業化生產。本發明還提供所述碳/MOF三維連續體結構的電極材料在壓力傳感器中的應用。

技術領域

本發明涉及可壓縮復合材料領域，尤其是涉及一種碳/MOF三維連續體結構的電極材料的制備方法及應用。

背景技術

隨著科技的快速進步，電子領域的發展進入新時期。其中柔性傳感設備可廣泛應用于可穿戴設備、醫療器械、智能包裝等領域，具有極大的市場潛力。目前研究的柔性傳感器通常是利用其在不同應力下的電阻變化來實現傳感，傳感精度不高，且需要外接電源提供能量以達到實時監測的效果。此外，這種傳感器還要求外接電源具有高柔性，高安全性，長循環壽命的特點。

柔性器件正逐漸成為輕薄小巧、智能化方向的新興力量，如柔性屏幕、柔性手機、柔性腕表等等。柔性器件的實現，非常關鍵的部件是電池的柔性化。例如專利CN106252589A公開了一種柔性電池和柔性電池組，所述柔性電池包括：導電層、離子傳導層和正極材料層；所述導電層包括第一導電層和第二導電層；其中，所述正極材料層覆蓋在所述第一導電層的第一表面；所述離子傳導層覆蓋在所述正極材料層的第一表面；所述第二導電層覆蓋在所述離子傳導層的第一表面；其中，所述導電層、所述離子傳導層和所述正極材料層的厚度分別不超過第一閾值、第二閾值和第三閾值，使得所述柔性電池具有柔性。

當前，柔性電池發展可分為柔性一次電池和柔性二次電池。其中柔性一次電池已經市售，但無法循環充放電限制了其進一步的應用。柔性二次電池仍處于研發階段，如三星、松下等正在研發柔性鋰離子電池。因此開發一種復合材料并組裝成柔性器件，既可以用作傳感器，還可以自供電具有重大的研究意義。

發明內容

本發明為了克服傳統柔性傳感器敏感度低且需外接電源的問題，提供一種碳/MOF三維連續體結構的電極材料的制備方法，不需要大型儀器設備，簡單靈活，條件易于控制，能夠批量化或工業化生產，制得的復合材料既可用作傳感，又可用作電池正極供能。

為了實現上述目的，本發明采用以下技術方案：

一種碳/MOF三維連續體結構的電極材料的制備方法，包括以下步驟：

(1)將泡沫清洗后浸于氧化石墨烯GO分散液中，然后干燥形成石墨烯包覆泡沫骨架結構，在還原氣氛下煅燒形成碳泡沫；

(2)配置金屬鹽和對苯二甲酸或其取代物的混合溶液，水熱反應得到二維MOF材料，將二維MOF材料分散在溶劑中得二維MOF材料分散液；

(3)將步驟(1)得到的碳泡沫浸入步驟(2)得到的二維MOF材料分散液中，干燥得到碳/MOF三維連續體結構的電極材料。

作為優選，步驟(1)所述泡沫清洗的方式為：配制水、乙醇、丙酮的混合溶劑，超聲頻率為10～50KHz條件下超聲清洗。

作為優選，步驟(1)所述GO分散液的濃度為0.5～5mg/mL。該步驟中分散液的濃度會影響碳泡沫的導電性能，進而影響壓力傳感器件的敏感度和自供電效率。

作為優選，步驟(1)所述干燥為鼓風烘箱干燥，還原氣氛為H₂氣氛。

作為優選，步驟(1)所述煅燒條件為：煅燒溫度500～1100℃，煅燒時間0.5～3h，升溫速率為0.1～20℃/min。該步驟中，煅燒條件會嚴重影響碳泡沫的壓縮性能和自供電效率。煅燒溫度過高，煅燒時間過長會導致材料回彈性差，且氧還原性能變差，降低供電效率；煅燒溫度過低，煅燒時間過短會導致材料導電性太差，極大降低傳感器的自供電效率。