一种硼烯-石墨烯复合气凝胶及制备与应用制造技术

本发明专利技术公开了一种硼烯

【技术实现步骤摘要】
一种硼烯
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石墨烯复合气凝胶及制备与应用


[0001]本专利技术涉及一种硼烯
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石墨烯复合气凝胶及制备方法与应用，属于电子材料器件领域。

技术介绍

[0002]石墨烯，是从石墨中剥离出来、由碳原子组成单原子厚度的二维材料，具有很好的弹性和良好的导电性，且基于石墨烯的力学器件具有很高的灵敏度，所以石墨烯材料被科学家广泛应用于各种柔性力学器件中。石墨烯气凝胶具有密度小、弹性高、吸附强、材料多孔的特点，因此在力学和吸附方面具有很大的应用前景。硼烯，是一种比石墨烯更柔韧、更轻、更稳定并且应用范围更广泛的新材料，有潜力与石墨烯结合，提升电学、力学稳定性能。
[0003]压力传感器是工业实践中最为常用的一种传感器，其广泛应用于各种工业自控环境，涉及水利水电、铁路交通、智能建筑、生产自控、航空航天、军工、石化、油井、电力、船舶、机床、管道等众多行业。目前常见的压力传感器主要有电容式和压阻式两种，相比于压阻式压力传感器，电容式压力传感器具有响应时间短，温度范围宽等优点。电容压力传感器又包括极距变化型和面积变化型，相比于面积变化型，极距变化型电容压力传感器对被测系统影响小且灵敏度高。
[0004]现有中国专利“一种三维氮硼共掺杂石墨烯气凝胶的制备方法”(公开号CN160829929B)，以氮化硼为氮源和硼源，采用水热法、冷冻干燥制备了具有较高吸附性能的石墨烯气凝胶，但氮化硼不具备良好的弹性，使得气凝胶弹性降低。另有中国专利“一种石墨烯压力传感器及其结构和制备方法”(公开号CN110207867A)，传感器由叉指电极层、镶嵌石墨烯弹性衬底层、柔性封装层组成。制备工艺较为复杂，并未充分发挥出石墨烯优异的机械性能，使得传感器灵敏度较低。

技术实现思路

[0005]针对上述现有技术存在的问题，本专利技术提供一种硼烯
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石墨烯复合气凝胶制备方法及其压力传感器的应用。本专利技术中采用液相剥离法，通过超声粉碎制备硼烯，以及水热法制备复合气凝胶，制作工艺更加简单。本专利技术中以氨水、硼烯为氮源和硼源，其中氨水也起到还原的作用，还原了氧化石墨烯。所获得的气凝胶导电性更好，且具有多孔蜂窝状结构，大大提高了气凝胶的弹性，同时选用冷冻干燥的方法使得气凝胶更加稳定，制备工艺更加简单，适合作为压力传感器。
[0006]本专利技术还提供了上述所述一种硼烯
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石墨烯复合气凝胶制备方法及其压力传感器的应用，包括硼烯的制备、硼烯
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石墨烯复合水凝胶的制备、硼烯
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石墨烯复合水凝胶的透析、硼烯
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石墨烯复合气凝胶的制备及其在压力传感器领域的应用。
[0007]本专利技术的一种硼烯
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石墨烯复合气凝胶，其主要由硼烯、石墨烯复合而成，二维的硼烯、石墨烯共同形成三维网状气凝胶结构，其中C、O、N、B元素的原子个数百分比范围分别为68％～70％、10％～12％、16％～18％、4％～5％。
[0008]本专利技术的一种硼烯
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石墨烯复合气凝胶的制备方法，可采用如下步骤：
[0009]1)硼烯
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石墨烯混合前驱溶液配制：将5～15mg无定型硼粉常温下在10～30ml DMF(N,N
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二甲基甲酰胺)溶液中超声粉碎3～5小时，并经过3000～5000rpm转速离心20～40分钟，取上清液得到分散有硼烯的DMF溶液；把氧化石墨烯加入去离子水溶液并持续超声获得分散溶液；配制混合前驱溶液，其中氧化石墨烯、氨水、分散有硼烯的DMF溶液、去离子水质量比范围为(15
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30):(50
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100)：(600
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700)：(1800
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1900)。配制混合前驱溶液是将氨水、分散有硼烯的DMF溶液、氧化石墨烯的分散溶液混合均匀即可。所述氨水为常用氨水，浓度为25％～28％(质量)。
[0010]2)硼烯
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石墨烯复合水凝胶的制备：将混合前驱溶液加入到反应釜中，并置于烘箱内进行水热反应，水热反应时烘箱温度为90℃～140℃，水热8～10小时后即可得到硼烯
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石墨烯复合水凝胶；再将无水乙醇和水以1：(90～110)的体积比配制混合透析液，最后将硼烯
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石墨烯复合水凝胶浸入透析液进行透析，温度保持在15～25℃之间，透析5～8小时；
[0011]3)硼烯
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石墨烯复合气凝胶的制备：将步骤2)得到的水凝胶先进行冷冻，冷冻温度为
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10℃～
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20℃，冷冻时间为6～14小时。然后在真空下进行冷冻干燥，冷冻干燥温度为
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40℃～
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30℃，干燥18～24小时后得到硼烯
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石墨烯复合气凝胶；
[0012]本专利技术所述的压力传感器的制备方法，具体可包括以下步骤：
[0013]1)电极的前处理；对电极进行清洗，除去其表面杂质和油污；
[0014]2)凝胶电解质的制备：将PVA固体粉末与浓硫酸配制为水溶液，其中PVA、浓硫酸和去离子水质量百分比范围分别为质量比为(5
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10)：(1
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2)：(50
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80)，并在水浴锅中以90℃～100℃的温度加热搅拌1～2小时；
[0015]3)压力传感器的制备：使用步骤2)制备的凝胶电解质在步骤1)制备的电极上涂刷形成PVA粘性薄膜，并将硼烯
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石墨烯复合气凝胶浸泡在凝胶电解质中，浸泡时间为5～15min，最后通过PVA粘性薄膜将其固定在金属片电极上，组装成：电极/PVA薄膜/硼烯
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石墨烯复合气凝胶/PVA薄膜/电极结构，并放置烘箱干燥，干燥温度为30～50℃，干燥时间为18～24小时。
[0016]硼烯
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石墨烯复合气凝胶制备及其压力传感器的应用原理：由硼烯、石墨烯等材料通过复合水热法制备而成，二维的硼烯、二维的石墨烯共同形成三维网状气凝胶结构的硼烯
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石墨烯复合气凝胶。二维硼烯具有良好的机械性能与电学性能，加固了石墨烯结构的机械稳固性，增强了石墨烯的电学活性。因此相比于纯石墨烯气凝胶，硼烯
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石墨烯复合气凝胶内部多孔结构更多，机械性能更好。
[0017]与现有技术相比，本专利技术的硼烯
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石墨烯复合气凝胶，具有多孔蜂窝状结构，具有很强的力学弹性与稳定性，且制作工艺简单，在压力传感应用领域具有良好的前景。
附图说明
[0018]图1为本专利技术实例1、2制备的样本1、2、3中硼烯
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石墨烯复合气凝胶的SEM扫描电镜图；
[0019]图2为基于本专利技术制备的压力传感器的结构图。其中1是电极；2是硼烯
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石墨烯复合气凝胶介电层；3是PVA薄膜。
[0020]图3为基于实例3样本1本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种硼烯
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石墨烯复合气凝胶，其主要由硼烯、石墨烯复合而成，二维的硼烯、石墨烯共同形成三维网状气凝胶结构，其中C、O、N、B元素的原子个数百分比范围分别为68％～70％、10％～12％、16％～18％、4％～5％。2.权利要求1所述硼烯
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石墨烯复合气凝胶的制备方法，包括以下步骤：1)硼烯
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石墨烯混合前驱溶液配制：将5～15mg无定型硼粉在10～30ml DMF溶液中超声粉碎3～5小时，并经过3000～5000rpm转速离心20～40分钟，取上清液得到分散有硼烯的DMF溶液；把氧化石墨烯加入去离子水溶液并持续超声获得分散溶液；配制混合前驱溶液，其中氧化石墨烯、氨水、分散有硼烯的DMF溶液、去离子水质量比范围为(15
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30):(50
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100)：(600
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700)：(1800
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1900)。2)硼烯
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石墨烯复合水凝胶的制备：将混合前驱溶液加入到反应釜中进行水热反应，水热反应温度为90℃～140℃，水热8～10小时后即可得到硼烯
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石墨烯复合水凝胶；再将无水乙醇和水按1：(90～110)的体积比混合制备透析液，最后将硼烯
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石墨烯复合水凝胶浸入透析液进行透析，温度保持在15～25℃之间，透析5～8小时；3)硼烯
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石墨烯复合气凝胶的制备：将步骤2)得到的水凝胶先进行冷冻，冷...

【专利技术属性】
技术研发人员：曾玮，龙唱，郭宏梅，卫宁，王思亮，黄林生，梁栋，徐超，
申请(专利权)人：安徽大学，
类型：发明
国别省市：