一种三维石墨烯复合气凝胶及其制备方法和应用.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN115746379A(43)申请公布日2023.03.07(21)申请号202211403163.5(22)申请日2022.11.10(71)申请人中国科学院兰州化学物理研究所地址730000甘肃省兰州市城关区天水中路18号(72)发明人王赵锋武调弟(74)专利代理机构北京高沃律师事务所11569专利代理师黄明光(51)Int.Cl.C08J9/26(2006.01)C08L1/04(2006.01)C08K3/04(2006.01)B01J13/00(2006.01)G01L1/22(2006.01)权利要求书1页说明书6页附图4页(54)发明名称一种三维石墨烯复合气凝胶及其制备方法和应用(57)摘要本发明提供了一种三维石墨烯复合气凝胶及其制备方法和应用，属于压力传感材料技术领域。本发明提供的三维石墨烯复合气凝胶的制备方法包括以下步骤：将氧化石墨烯、纤维素纳米晶、乙二胺和水混合，将所得混合液进行水热反应，得到水凝胶；所述氧化石墨烯由膨胀石墨采用改进的Hummers法制备得到；将所述水凝胶进行冷冻干燥，得到三维石墨烯复合气凝胶。基于本发明三维石墨烯复合气凝胶构筑的压力传感器具有灵敏度高，稳定性好的特性，可精确监测人体不同关节的运动情况。CN115746379ACN115746379A权利要求书1/1页1.一种三维石墨烯复合气凝胶的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将氧化石墨烯、纤维素纳米晶、有机胺和水混合，将所得混合液进行水热反应，得到水凝胶；所述氧化石墨烯由膨胀石墨采用改进的Hummers法制备得到；将所述水凝胶进行冷冻干燥，得到三维石墨烯复合气凝胶。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述有机胺包括聚乙烯亚胺、乙二胺或己二胺。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述水热反应的温度为90～120℃，时间为4～10h。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述氧化石墨烯和纤维素纳米晶的质量比为1:(1～3)。5.根据权利要求1、2或3所述的制备方法，其特征在于，所述氧化石墨烯和有机胺的用量比为1mg:(1～3)μL。6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述氧化石墨烯在水中的浓度为3～4mg/mL。7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述氧化石墨烯的横向尺寸在50μm以上。8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述冷冻干燥的时间为24～96h。9.权利要求1～8任一项所述制备方法制备得到的三维石墨烯复合气凝胶，具有三维多孔结构，化学组成上包括还原氧化石墨烯、纤维素纳米晶和有机胺。10.权利要求9所述三维石墨烯复合气凝胶在压力传感器中的应用。2CN115746379A说明书1/6页一种三维石墨烯复合气凝胶及其制备方法和应用技术领域[0001]本发明涉及压力传感材料技术领域，尤其涉及一种三维石墨烯复合气凝胶及其制备方法和应用。背景技术[0002]压力传感是物理、化学、电子、生物、医学等多学科交叉的新兴研究课题。近年来，压力传感器已向微型化、智能化、集成化的方向发展，在智能机器人、航天航空、生物医疗等领域具有广阔的应用前景。然而，受现有材料力学和电学性能的限制，制备同时满足实际应用对灵敏度和力学性能要求的压力传感材料始终是一个挑战。因此，开发机械性能优异且灵敏度高的压力传感材料已成为该领域的研究热点之一。[0003]目前，用于制备压力传感器的导电材料主要包括石墨烯、碳纳米管、导电聚合物以及金属纳米材料等。其中，石墨烯作为一种新型柔性导电材料，具备sp2杂化碳原子紧密堆积形成的蜂窝状晶体结构，使其拥有较好的力学、电学及光学等性能，因此成为力学传感研究中的理想候选材料。目前，三维网状石墨烯结构设计是提高石墨烯基压力传感灵敏度的有效方法，但是三维网状石墨烯结构力学强度较差，容易发生不可逆损伤，使其可靠性较差。为提高三维网状石墨烯结构力学强度，有机/无机支撑填料填充是常用的手段。但是，填料填充在提高三维网状石墨烯结构力学强度的同时不可避免的破坏了石墨烯三维网状交联结构，使灵敏度降低。发明内容[0004]本发明的目的在于提供一种三维石墨烯复合气凝胶及其制备方法和应用，本发明提供的三维石墨烯复合气凝胶同时具备高力学强度和高灵敏度。[0005]为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：[0006]本发明提供了一种三维石墨烯复合气凝胶的制备方法，包括以下步骤：[0007]将氧化石墨烯、纤维素纳米晶、有机胺和水混合，将所得混合液进行水热反应，得到水凝胶；所述氧化石墨烯由膨胀石墨采用改进的Hummers法制备得到；[0008]将所述水凝胶进行冷冻干燥，得到三维石墨烯复合气凝胶。[0009]优选的，所述有机胺包括聚乙烯亚胺、乙二胺或