一种氮化镓纳米线/石墨烯复合材料及其制备方法、杀菌装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种氮化镓纳米线/石墨烯复合材料及其制备方法、杀菌装置，包括：提供一衬底，并在该衬底的正反两面均形成一层金膜；以乙酰丙酮镓为前驱体，利用气液固

【技术实现步骤摘要】
一种氮化镓纳米线/石墨烯复合材料及其制备方法、杀菌装置


[0001]本专利技术涉及电极材料
，且特别涉及一种氮化镓纳米线/石墨烯复合材料及其制备方法、杀菌装置。

技术介绍

[0002]电化学杀菌是一种高效率、低成本、对环境友好的杀菌技术。目前，有研究者制备了以Ag NWs为电极的电杀菌水过滤装置，其利用Ag NWs局部电场增强效应，从而有效灭杀了流动水体中的细菌、病毒、和单细胞生物。另外，有部分研究者制备了碳纳米管(CNT)海绵电极。该电极在2V电压下与水体接触5秒后，微生物(大肠杆菌、粪肠球菌、枯草杆菌、和MS2噬菌体病毒)的存活率均小于0.00001％。但是，CNT和Ag纳米线容易团聚，因而在高速水流中难以被固定。
[0003]也有研究者利用CuO NWs铜电极作为水体过滤器，分别实现了10V左右和1V下对流水(50mL/min)的高效灭菌。该CuO NWs铜电极表面包覆多巴胺后，其灭菌寿命可从2个小时增加到16小时。将CuO NWs铜电极高温磷化后可形成Cu3P NWs铜电极，该电极包覆多巴胺后在1V电压下的杀菌寿命能达到15天。另外，将Cu2O NWs铜电极包碳，同时负载Ag或ZnO纳米颗粒，可实现10V下对高速度流水(1200mL/min)99.6％的杀菌率。此外，在碳布(CC)上沉积ZnO纳米线，并在ZnO纳米线表面修饰Ag的纳米颗粒，在摩擦纳米发电机提供的电压下可实现流动水的电穿孔杀菌。在碳布上制备金修饰的碲纳米线，在摩擦纳米发电机提供的电压下，CC
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Au
‑<br/>Te NWs电极能够利用纳米电穿孔效应以及产生的H2O2灭杀大肠杆菌和金黄色葡萄球菌。但是，上述方法存在以下问题：1、原位生长的纳米线，如CuO、Cu2O、Fe2O3、ZnO、碲等，导电性较差；2、氧化物纳米线的金属衬底，如铜网、泡沫铜、和铸铁网等，在空气中和水溶液环境容易腐蚀。即使是多巴胺保护的Cu3P纳米线铜电极，带电工作15天后，电极也逐渐发生电化学溶解。3、纳米线电杀菌效果还容易受水质和空气质量影响，悬浮物和大分子有机物易沉积在纳米线上或堵塞电极衬底孔洞，从而大大降低了纳米线电极的工作寿命。因此，开发持久、稳定、长寿命的纳米线电极是决定其未来大规模实际应用的关键。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种氮化镓纳米线/石墨烯复合材料，该复合材料具有高导电性和良好的机械性能。
[0005]本专利技术的另一目的在于提供一种氮化镓纳米线/石墨烯复合材料的制备方法，通过气液固
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化学气相沉积法(VLS
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CVD)在衬底上生长GaN纳米线(GaN NWs)，然后利用CVD法在衬底和GaN NWs外表面原位沉积石墨烯薄膜可制得氮化镓纳米线/石墨烯复合材料，方法简单，且参数易于控制，适用于工业化大规模生产。
[0006]本专利技术的第三个目的在于提供一种杀菌装置，其以所述的氮化镓纳米线/石墨烯复合材料作为电极，将该复合材料电极与光、电协同作用可实现流动水体和空气持久、稳定、长寿命、低成本的杀菌消毒。
[0007]本专利技术解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。
[0008]本专利技术提出一种氮化镓纳米线/石墨烯复合材料的制备方法，包括以下步骤：
[0009]S1、提供一衬底；
[0010]S2、在所述衬底的正反两面均形成一层金膜，得到覆有金膜的衬底；
[0011]S3、以乙酰丙酮镓为前驱体，利用气液固
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化学气相沉积法在所述覆有金膜的衬底上生长氮化镓纳米线，然后以甲烷为前驱体，利用化学气相沉积法在所述衬底以及所述氮化镓纳米线的外表面沉积石墨烯薄膜，得到氮化镓纳米线/石墨烯复合材料。
[0012]本专利技术提出一种氮化镓纳米线/石墨烯复合材料，其根据所述的制备方法制得，所述氮化镓纳米线/石墨烯复合材料包括衬底、生长于所述衬底上的氮化镓纳米线以及沉积在所述衬底和所述氮化镓纳米线外表面的石墨烯薄膜，所述石墨烯薄膜为石墨烯和无定形碳的混合物。
[0013]本专利技术还提出了一种杀菌装置，其以所述的氮化镓纳米线/石墨烯复合材料作为电极。
[0014]本专利技术实施例的氮化镓纳米线/石墨烯复合材料及其制备方法、杀菌装置的有益效果是：
[0015]本专利技术通过VLS
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CVD在衬底上生长GaN NWs，然后利用CVD法在衬底和GaN NWs外表面原位沉积石墨烯薄膜，即可制得氮化镓纳米线/石墨烯复合材料。氮化镓在室温下不溶于水和酸碱，具有出色的化学稳定性，且微量的镓离子对人体没有伤害。而且在较低电压(&lt;10V)下，GaN NWs尖端处即可产生避雷针效应，形成局部强电场从而灭杀细菌和微生物。本专利技术在GaN NWs电极表面原位CVD生长的石墨烯则兼具良好的分散、固定和回收性能，同时，电极表面的石墨烯薄膜具有高电子迁移率，从而能够提高GaN NWs电极的导电性，因此该复合材料电极不需要导电衬底，从而大大扩大了电极衬底的选择范围。此外，石墨烯还具有高拉伸强度，电极表面的石墨烯薄膜可以增强GaN NWs与衬底的结合力，提高电极的抗水流和空气的冲击能力，从而极大增加了GaN NWs/石墨烯薄膜复合材料电极的工作寿命。
[0016]GaN NWs/石墨烯复合材料可作为电极，并在光、电协同作用下实现流动水体和空气的杀菌消毒，是一种低能耗、快速高效、稳定安全的杀菌消毒方法。此外，该复合材料电极还可实现在较低的电压下对流动水体有效的杀菌。
附图说明
[0017]为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本专利技术的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
[0018]图1为氮化镓纳米线/石墨烯复合材料的制备流程图；
[0019]图2为CVD生长设备的结构示意图；
[0020]图3为石英夹具夹持高硅氧布衬底的图片；
[0021]图4为本专利技术实施例1～3的氮化镓纳米线/石墨烯复合材料的形貌图；
[0022]图5为本专利技术实施例4的氮化镓纳米线/石墨烯复合材料的EDS图谱；
[0023]图6为本专利技术实施例5的氮化镓纳米线/石墨烯复合材料的Raman图谱；
[0024]图7为本专利技术实施例1的氮化镓纳米线/石墨烯复合材料的Raman图谱；
[0025]图8为杀菌装置示意图；
[0026]图9为两层实施例1的氮化镓纳米线/石墨烯复合材料电极、两层对比例1的空白碳布电极和两层对比例2的GaN NWs
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碳布电极杀灭大肠杆菌菌落对比图；
[0027]图10为两层实施例1的氮化镓纳米线/石墨烯复合材料电极和两层对比例1的空白碳布电极的抑菌率变化曲线；
[0028]图11为一层实施例4的氮化镓纳米线/石墨烯复合材料电极和两层实施例4的氮化本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种氮化镓纳米线/石墨烯复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、提供一衬底；S2、在所述衬底的正反两面均形成一层金膜，得到覆有金膜的所述衬底；S3、以乙酰丙酮镓为前驱体，利用气液固
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化学气相沉积法在覆有金膜的所述衬底上生长氮化镓纳米线，然后以甲烷为前驱体，利用化学气相沉积法在所述衬底以及所述氮化镓纳米线的外表面沉积石墨烯薄膜，得到氮化镓纳米线/石墨烯复合材料。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，以乙酰丙酮镓为前驱体，利用气液固
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化学气相沉积法在覆有金膜的所述衬底上生长氮化镓纳米线，然后以甲烷为前驱体，利用化学气相沉积法在所述衬底以及所述氮化镓纳米线的外表面沉积石墨烯薄膜的步骤包括：将覆有金膜的所述衬底和所述乙酰丙酮镓放置于CVD生长设备内，通入氨气和氮气反应60～70min后停止通入氨气和氮气，然后通入所述甲烷和氢气进行石墨烯的沉积，得到氮化镓纳米线/石墨烯复合材料。3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述氮化镓纳米线的生长温度为750～900℃。4.根据权...

【专利技术属性】
技术研发人员：傅峥博，徐之晗，胡艳玲，杨云，林理文，王子晗，林昌健，戴妍，付耀，李家成，
申请(专利权)人：厦门理工学院，
类型：发明
国别省市：