多孔碳化铌MXene/还原氧化石墨烯基导电油墨及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种多孔碳化铌MXene/还原氧化石墨烯基导电油墨的制备方法，包括以下步骤：制备工作电极、制备碳化铌/氧化石墨材料、制备碳化铌MXene/还原氧化石墨烯分散液、制备颗粒物树脂浆体以及制备碳化铌MXene/还原氧化石墨烯基导电油墨。本发明专利技术多孔碳化铌MXene/还原氧化石墨烯基导电油墨的制备方法解决了现有导电油墨制备后存在的厚度可控性差、产热不均匀、方阻大、导热性能一般、红外线发射率受限、石墨烯发热涂层柔性差、长期使用易脆裂等问题，形成的导电膜具有表面多孔结构，导电膜的表面红外线发射量更高，也更利于导电膜的热量释放、热传导率更高。本发明专利技术还提供了一种多孔碳化铌MXene/还原氧化石墨烯基导电油墨。

【技术实现步骤摘要】
多孔碳化铌MXene/还原氧化石墨烯基导电油墨及其制备方法
本专利技术涉及纳米材料
，具体涉及一种多孔碳化铌MXene/还原氧化石墨烯基导电油墨，本专利技术还涉及多孔碳化铌MXene/还原氧化石墨烯基导电油墨的制备方法。
技术介绍
随着人们对美好和健康生活的向往，改进传统的供暖系统，寻找更加经济、清洁的替代能源，发展新型的绿色低碳供暖系统刻不容缓。基于石墨烯红外发射性能的电加热取暖技术即石墨烯基红外发热油墨及其红外发热体技术为解决上述问题提供了行之有效的解决方案。与传统的燃煤、蒸汽、热风和电阻等取暖方法相比，石墨烯加热具有加热速度快、电-热转化率高、自动控温、分区控制便捷、加热稳定、加热过程无异响、运行费用低、加热相对均匀、占地面积小、投资与生产费用低、使用寿命长和工作效率高等诸多优点，更有利于推广应用。用它代替传统加热，其节电效果尤其显著，一般可节电30％左右，个别场合甚至可达60％～70％。石墨烯是一种由碳原子通过sp2杂化轨道形成六角形呈蜂巢晶格结构且只有一层碳原子厚度的二维纳米材料。石墨烯的独特结构赋予其众多优异特性，如高理论比表面积(2630m2/g)、超高电子迁移率(～200000cm2/v.s)、高热导率(5300W/m.K)、高杨氏模量(1.0TPa)和高透光率(～97.7％)等。凭其结构和性能优势，石墨烯在能源存储与转换器件、纳米电子器件、多功能传感器、柔性可穿戴电子、电磁屏蔽、防腐等领域均有巨大应用前景。鉴于石墨烯的柔性和导电特性，将石墨烯浆体加入到油墨中制备出一种导电油墨，进一步通过油墨喷涂、干燥制备成石墨烯发热层，制成石墨烯发热体，具有生产过程快速、用料省、成本低等特点。现有技术中，一般通过将石墨烯制成石墨烯浆料、油墨或涂料，再通过印刷方式制备成石墨烯发热涂层等。但这些方式制备石墨烯发热涂层存在厚度可控性差、产热不均匀、方阻大、导热性能一般、红外线发射率受限等缺陷，而且现有的石墨烯发热涂层还存在柔性较差、导电体浓度低、长期使用容易脆裂等问题，导致现有的石墨烯发热涂层使用寿命短、不适宜长期使用。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提供了一种多孔碳化铌MXene/还原氧化石墨烯基导电油墨的制备方法，本专利技术还提供了采用前述多孔碳化铌MXene/还原氧化石墨烯基导电油墨的制备方法制得的多孔碳化铌MXene/还原氧化石墨烯基导电油墨，以解决现有导电油墨存在的厚度可控性差、产热不均匀、方阻大、导热性能一般、红外线发射率受限、石墨烯发热涂层柔性差、长期使用易脆裂等问题。第一方面，本专利技术提供了一种多孔碳化铌MXene/还原氧化石墨烯基导电油墨的制备方法，包括以下步骤：制备工作电极：提供石墨粉及铌碳化铝粉，将所述石墨粉及铌碳化铝粉研磨至200目以上细度，所述石墨粉与铌碳化铝粉的质量比为1～8:1，将石墨粉与铌碳化铝粉混合后压制成工作电极；制备碳化铌/氧化石墨材料：将所述工作电极固定于电解池中，向电解池中添加电解液以使工作电极浸入电解液，所述电解液为含氟阴离子液体以作为刻蚀剂，将工作电极作为正极并加电压以使含氟阴离子液体电离产生氟自由基，电解结束后，对电解液离心收集沉淀，制得碳化铌/氧化石墨材料；制备碳化铌MXene/还原氧化石墨烯分散液：将所述碳化铌/氧化石墨材料按照质量体积之比为50～500mg/ml溶于异丙醇，将含有碳化铌/氧化石墨材料的异丙醇进行探头超声，探头超声结束后将含有碳化铌/氧化石墨材料的异丙醇进行8000～15000rpm离心10～30min，收集沉淀，将所述沉淀浸入还原性试剂中还原，再进行离心、收集沉淀、干燥，将干燥后的沉淀分散于第一分散剂，水浴超声后制得碳化铌MXene/还原氧化石墨烯分散液；制备颗粒物树脂浆体：提供颗粒物粉末和第二分散剂并将两者混合，搅拌第二分散剂的同时向第二分散剂中加入树脂，制得颗粒物树脂浆体，所述颗粒物粉末的直径为0.1～1μm，所述颗粒物粉末的浓度为10～100mg/ml，所述树脂的浓度为50～500mg/ml；制备碳化铌MXene/还原氧化石墨烯基导电油墨：将颗粒物树脂浆体、碳化铌MXene/还原氧化石墨烯分散液、聚丙烯腈-马来酸酐共聚物以及稳定剂按照质量之比为500:1000～10000:1～50:5～20混合，混合后转移至保护性气体环境中、65～85℃下恒温搅拌至体积浓缩至1/2～1/6，制得多孔碳化铌MXene/还原氧化石墨烯基导电油墨；所述铌碳化铝粉末为Nb3AlC2粉或者Nb4AlC3粉，所述颗粒物粉末为碳酸盐粉末或者金属氧化物粉末。本专利技术多孔碳化铌MXene/石墨烯基导电油墨的制备方法包括制备工作电极步骤、制备碳化铌/氧化石墨材料步骤、制备碳化铌MXene/氧化石墨烯分散液步骤、制备颗粒物树脂浆体步骤和制备碳化铌MXene/氧化石墨烯油墨步骤。制备工作电极步骤通过将石墨粉与铌碳化铝粉混合后作为工作电极，工作电极作为刻蚀母材用于后续的电解刻蚀。其中，石墨粉及铌碳化铝粉研磨至200目以上细度有利于后续刻蚀过程的进行，石墨粉与铌碳化铝粉的比例也能够控制后续制备出的碳化铌MXene、还原氧化石墨烯以及未完全剥离的石墨粉的比例，合适比例的碳化铌MXene、还原氧化石墨烯以及石墨粉既能提升导电油墨的导电性、分散效果及导电均一性，还能起到促进碳化铌MXene及氧化石墨烯剥离、分散的效果。将工作电极固定于电解池中，含氟阴离子液体在正极附近电离产生氟自由基（·F），氟自由基刻蚀电极表面的石墨粉以使石墨粉从电极上脱落，此时石墨粉的表面形成大量的羟基等活性基团，起到初步剥离石墨粉的作用。同时，氟自由基也刻蚀铌碳化铝粉中的金属铝，铌碳化铝粉脱离电极并形成呈片状的多层网状结构碳化铌。石墨粉与铌碳化铝粉掺杂分布，通过氟自由基刻蚀过程能够同时对石墨粉及铌碳化铝粉进行刻蚀，提升石墨粉及铌碳化铝粉的剥离效率，有助于后续制备氧化石墨烯和碳化铌MXene。进一步将碳化铌/氧化石墨材料溶于异丙醇（剥离分散液）进行探头超声液相剥离，通过对初步剥离的多层网状结构碳化铌与初步剥离的石墨粉进行共同探头超声，进一步剥离多层网状结构碳化铌成碳化铌MXene，剥离石墨粉成氧化石墨烯。探头超声的脉冲振荡过程既能实现碳化铌MXene及氧化石墨烯的生成，还能确保不至于功率过大，导致制备的片材不完整、尺寸过小。多层网状结构碳化铌本身在剥离分散液中分散性不佳，通过在多层网状结构碳化铌的剥离分散液中添加初步剥离的石墨烯并共同进行探头超声，在初步剥离的石墨烯的辅助下，多层网状结构碳化铌得到有效的剥离形成碳化铌MXene，石墨粉同样剥离成氧化石墨烯，共同剥离过程中还能促进碳化铌MXene与氧化石墨烯良好掺杂，防止再次堆叠。再将含有碳化铌/氧化石墨材料的异丙醇离心收集沉淀，该沉淀中包括碳化铌MXene、氧化石墨烯和未完全剥离的石墨粉，将沉淀浸入还原性试剂中还原，由此氧化石墨烯还原为还原氧化石墨烯，起到稳定石墨烯和碳化铌MXene片层结构的作用。将还原后的混合液再次离心、收集沉淀、干燥，将干燥后的沉淀分散于第一分散剂，水浴超声进一步将碳化铌MXene、氧化石墨烯和未本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种多孔碳化铌MXene/还原氧化石墨烯基导电油墨的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：/n制备工作电极：提供石墨粉及铌碳化铝粉，将所述石墨粉及铌碳化铝粉研磨至200目以上细度，所述石墨粉与铌碳化铝粉的质量比为1～8:1，将石墨粉与铌碳化铝粉混合后压制成工作电极；/n制备碳化铌/氧化石墨材料：将所述工作电极固定于电解池中，向电解池中添加电解液以使工作电极浸入电解液，所述电解液为含氟阴离子液体以作为刻蚀剂，将工作电极作为正极并加电压以使含氟阴离子液体电离产生氟自由基，电解结束后，对电解液离心收集沉淀，制得碳化铌/氧化石墨材料；/n制备碳化铌MXene/还原氧化石墨烯分散液：将所述碳化铌/氧化石墨材料按照质量体积之比为50～500 mg/ml溶于异丙醇，将含有碳化铌/氧化石墨材料的异丙醇进行探头超声，探头超声结束后将含有碳化铌/氧化石墨材料的异丙醇进行8000～15000 rpm离心10～30 min，收集沉淀，将所述沉淀浸入还原性试剂中还原，再进行离心、收集沉淀、干燥，将干燥后的沉淀分散于第一分散剂，水浴超声后制得碳化铌MXene/还原氧化石墨烯分散液；/n制备颗粒物树脂浆体：提供颗粒物粉末和第二分散剂并将两者混合，搅拌第二分散剂的同时向第二分散剂中加入树脂，制得颗粒物树脂浆体，所述颗粒物粉末的直径为0.1～1μm，所述颗粒物粉末的浓度为10～100 mg/ml，所述树脂的浓度为50～500 mg/ml；/n制备多孔碳化铌MXene/还原氧化石墨烯基导电油墨：将颗粒物树脂浆体、碳化铌MXene/还原氧化石墨烯分散液、聚丙烯腈-马来酸酐共聚物以及稳定剂按照质量之比为500:1000～10000:1～50:5～20混合，混合后转移至保护性气体环境中、65～85℃下恒温搅拌至体积浓缩至1/2～1/6，制得多孔碳化铌MXene/还原氧化石墨烯基导电油墨；/n所述铌碳化铝粉末为Nb...

【技术特征摘要】
1.一种多孔碳化铌MXene/还原氧化石墨烯基导电油墨的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
制备工作电极：提供石墨粉及铌碳化铝粉，将所述石墨粉及铌碳化铝粉研磨至200目以上细度，所述石墨粉与铌碳化铝粉的质量比为1～8:1，将石墨粉与铌碳化铝粉混合后压制成工作电极；
制备碳化铌/氧化石墨材料：将所述工作电极固定于电解池中，向电解池中添加电解液以使工作电极浸入电解液，所述电解液为含氟阴离子液体以作为刻蚀剂，将工作电极作为正极并加电压以使含氟阴离子液体电离产生氟自由基，电解结束后，对电解液离心收集沉淀，制得碳化铌/氧化石墨材料；
制备碳化铌MXene/还原氧化石墨烯分散液：将所述碳化铌/氧化石墨材料按照质量体积之比为50～500mg/ml溶于异丙醇，将含有碳化铌/氧化石墨材料的异丙醇进行探头超声，探头超声结束后将含有碳化铌/氧化石墨材料的异丙醇进行8000～15000rpm离心10～30min，收集沉淀，将所述沉淀浸入还原性试剂中还原，再进行离心、收集沉淀、干燥，将干燥后的沉淀分散于第一分散剂，水浴超声后制得碳化铌MXene/还原氧化石墨烯分散液；
制备颗粒物树脂浆体：提供颗粒物粉末和第二分散剂并将两者混合，搅拌第二分散剂的同时向第二分散剂中加入树脂，制得颗粒物树脂浆体，所述颗粒物粉末的直径为0.1～1μm，所述颗粒物粉末的浓度为10～100mg/ml，所述树脂的浓度为50～500mg/ml；
制备多孔碳化铌MXene/还原氧化石墨烯基导电油墨：将颗粒物树脂浆体、碳化铌MXene/还原氧化石墨烯分散液、聚丙烯腈-马来酸酐共聚物以及稳定剂按照质量之比为500:1000～10000:1～50:5～20混合，混合后转移至保护性气体环境中、65～85℃下恒温搅拌至体积浓缩至1/2～1/6，制得多孔碳化铌MXene/还原氧化石墨烯基导电油墨；
所述铌碳化铝粉末为Nb3AlC2粉或者Nb4AlC3粉，所述颗粒物粉末为碳酸盐粉末或者金属氧化物粉末。


2.如权利要求1所述的多孔碳化铌MXene/还原氧化石墨烯基导电油墨的制备方法，其特征在于，在制备工作电极步骤中，所述石墨粉及铌碳化铝粉研磨至300目细度，所述石墨粉与铌碳化铝粉的质量比为2～6:1。


3.如权利要求1所述的多孔碳化铌MXene/还原氧化石墨烯基导电油墨的制备方法，其特征在于，在制备碳化铌/氧化石墨材料步骤中，所述含氟阴离子液体为含氟阴离子的有机溶剂，其中，所述含氟阴离子液体中的含氟阴离子为四氟硼酸根离子和六氟磷酸根离子中的至少一种。


4.如权利要求3所述的多孔碳化铌MXene/还原氧化石墨烯基导电油墨的制备方法，其特征在于，在制备碳化铌/氧化石墨材料步骤中，所...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴立刚，曹达平，马宇飞，叶德林，李明，李正博，曾垂彬，刘秋明，
申请(专利权)人：广东康烯科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44