[發明專利]一種基于牙齒的導電材料及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 202210172827.5
• 申請日: 2022-02-24
• 公開（公告）號: CN114496584B
• 公開（公告）日: 2022-11-18
• 發明（設計）人: 楊宏業;呂昂;秦超然
• 申請（專利權）人: 武漢大學
• 主分類號: H01G11/24
• 分類號: H01G11/24;H01G11/34;H01G11/36;H01G11/40;H01G11/42;H01G11/86
• 代理公司: 武漢智權專利代理事務所(特殊普通合伙) 42225
• 代理人: 馬麗娜

本發明公開了一種基于牙齒的導電材料及其制備方法和應用，該導電材料為脫礦牙齒經石墨化后除去雜質得到的碳化牙粉，其制備方法至少包括一次如下步驟：在氣體保護下，將脫礦牙齒在650～750℃至少保溫1h，冷卻后的產物依次用酸、水洗滌，再用堿液浸泡至少6小時，所得碳化牙粉被部分石墨化，存在大量微孔、介孔和大孔，以及定向微米級管狀結構，有利于離子吸附和傳輸，作為導電材料具有巨大的潛力；此外，脫礦牙齒片表現出柔性特點，其牙本質小管能夠保證離子的快速流通；本發明以浸滿電解液的脫礦牙齒片作為柔性電解質、以碳化牙粉作為電極活性材料組裝成的柔性超級電容器具有優異的比電容和倍率性能。

技術領域

本發明涉及超級電容器技術領域，具體涉及一種基于牙齒的導電材料及其制備方法和應用。

背景技術

柔性超級電容器因其具有充放電響應快、功率密度大、穩定性高等特點，在可穿戴設備領域廣受關注。柔性超級電容器通常由碳基電極和準固態凝膠電解質組成，通過凝膠電解質中的正負離子在電極/電解質界面形成雙層結構來存儲能量。目前，用于制作電極和凝膠電解質的原材料通常不可再生、難降解、高成本，并且還涉及復雜的制造工藝。

發明內容

發明人發現脫礦牙齒高溫處理后被部分石墨化，存在大量微孔、介孔和大孔，以及定向微米級管狀結構，從而有利于離子吸附和傳輸，作為導電材料具有巨大的潛力；此外，脫礦牙齒片具有柔性特點，且牙本質小管結構得以保留，能夠保證離子的快速流通；本發明以浸滿電解液的脫礦牙齒片作為柔性電解質、以碳化牙粉作為電極活性材料組裝成柔性超級電容器，該柔性超級電容器表現出優異的比電容和倍率性能。

本發明提供的技術方案具體如下：

第一方面，本發明提供一種基于牙齒的導電材料，該導電材料為脫礦牙齒經石墨化后除去雜質得到的碳化牙粉，該碳化牙粉由于殘留羥基磷灰石的存在，只能部分石墨化，但存在大量微孔、介孔和大孔，以及定向微米級管狀結構，有利于離子吸附和傳輸，作為導電材料具有巨大的潛力。

在上述技術方案的基礎上，脫礦牙齒由未脫礦的牙齒在牙齒脫礦液中浸泡至少24小時得到，牙齒脫礦液含有鹽酸、磷酸、硝酸、硫酸中的一種或多種，牙齒脫礦液還可包含EDTA。

在上述技術方案的基礎上，牙齒為哺乳動物牙齒。

在上述技術方案的基礎上，使脫礦牙齒石墨化的方法至少包括一次以下步驟：在氣體保護下，使脫礦牙齒在650～750℃保溫至少1h。

在上述技術方案的基礎上，脫礦牙齒在650～750℃保溫之前，使脫礦牙齒從室溫升溫至250～300℃并保溫20～60min，然后升溫至650～750℃。

在上述技術方案的基礎上，除去雜質的方法為：依次用酸、水洗滌脫礦牙齒的石墨化產物，再用堿液浸泡至少6小時。

第二方面，本發明提供上述基于牙齒的導電材料作為電極材料的應用。

第三方面，本發明提供一種制備基于牙齒的導電材料的方法，至少包括一次如下步驟：在氣體保護下，將脫礦牙齒在650～750℃至少保溫1h，冷卻后的產物依次用酸、水洗滌，再用堿液浸泡至少6小時。

第四方面，本發明提供一種基于牙齒的柔性超級電容器，包括正負電極以及夾在正負電極之間的導電膠片：其中：

正負電極的活性物質為上述基于牙齒的導電材料；

導電膠片為浸滿電解液的脫礦牙齒片，夾在正負電極之間的脫礦牙齒片的牙本質小管垂直于正負電極。

在上述技術方案的基礎上，上述基于牙齒的超級電容器通過如下方法制備而成：將導電材料粉體與乙炔黑、聚偏氟乙烯樹脂混合后加入甲基吡咯烷酮，攪拌均勻后涂覆于碳布上，烘干，得到電極；將導電膠片夾在兩片電極之間，使用鋁塑膜包裹，先用熱封機封口，再用石蠟封裝縫隙，即成。

本發明具有以下優點和有益效果：