[发明专利]一种基于石墨烯电热驱动的可逆热致变色薄膜及其制备和应用

说明书

本发明涉及一种基于石墨烯电热驱动的可逆热致变色薄膜及其制备和应用，可逆热致变色薄膜包括热源层、基底层和变色层。将可逆变色油墨和水混合，得到可逆变色油墨水溶液，然后负载在载体薄膜表面，干燥，得到还原氧化石墨烯/载体薄膜/可逆热致变色薄膜，连接回路，即得。本发明结构简单，具有较高灵敏度、较好循环稳定性。

技术领域

本发明属于热致变色材料及其制备和应用领域，特别涉及一种基于石墨烯电热驱动的可逆热致变色薄膜及其制备和应用。

背景技术

热致变色材料指一些化合物或混合物在受热或冷却时可见吸收光谱发生变化的功能材料，它具有颜色随温度改变而变化的特性，发生颜色变化的温度称为变色温度。这种材料是一种热记忆功能材料，广泛应用于工业、纺织、军事、印刷、医疗保健、诊断、建筑、防伪标记、日用装饰、航空航天等各个领域。

石墨烯是碳原子紧密堆积成单层或者少层二维蜂窝状晶格结构的炭材料，它具有许多奇特而优异的性能，如高的杨氏模量和载流子迁移率、巨大的比表面积、优良的热导率和透光性等。此外，它还具有零载流子浓度极限下的最小量子导电率、分数量子霍尔效应、半整数量子霍尔效应、量子霍尔铁磁性和激子带隙等现象。近年来随着对石墨烯材料研究的不断深入，其应用范围不断扩大，迄今为止石墨烯材料已在能量储存、液晶器件、电子器件、柔性光电器件、生物材料、传感材料和催化剂载体等领域显示出广阔而美好的应用前景。石墨烯为二维结构，层片状，弯曲不易破坏结构。在弯曲情况下也能保持较好的导电率以及导热性。这就为柔性薄膜状热致变色薄膜在柔性可穿戴上面的应用提供支持。

目前，热致变色薄膜变色不太灵敏，不能实现快速转变颜色。同时，在降温阶段的变化更是缓慢。因为缺少一种快速升温、快速降温的材料。而这一点，石墨烯作为新型材料，所具备的导电率高、导热性好。利用这一性质，石墨烯有望能代替现有热源，实现升温快、降温快，以至于使变色、还原过程更加迅速。同时柔性石墨烯薄膜宏观结构的构筑，能使其在热致变色薄膜中具有独特的优势。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种基于石墨烯电热驱动的可逆热致变色薄膜及其制备和应用，本发明的制备方法简单，反应条件温和，无特殊设备要求。

本发明的一种基于石墨烯电热驱动的可逆热致变色薄膜，所述可逆热致变色薄膜包括热源

层、基底层和变色层组成的3层结构复合薄膜，其中热源层为石墨烯，变色层为可逆变色

油墨，基底层为载体薄膜。

本发明的一种基于石墨烯电热驱动的可逆热致变色薄膜的制备方法，包括：

(1)在氨气气氛保护下，水合肼和氧化石墨烯分散液反应，得到还原氧化石墨烯，稀释后通过载体薄膜进行抽滤，真空干燥，得到还原的氧化石墨烯薄膜/载体薄膜；

(2)将可逆变色油墨和水混合，得到可逆变色油墨水溶液，然后负载在载体薄膜表面，干燥，得到还原氧化石墨烯/载体薄膜/可逆热致变色薄膜，连接回路，将还原石墨烯一侧接通/断开电路，复合薄膜表现出相应变色/还原响应，即得基于石墨烯电热驱动的可逆热致变色薄膜。

所述步骤(1)氧化石墨烯厚度为0.3～5nm。

所述步骤(1)中氧化石墨烯分散液的浓度为0.001mg/mL～100mg/mL。

所述步骤(1)中稀释倍数为10-100，稀释后得到的还原氧化石墨烯分散液的浓度为0.0001mg/mL～10mg/mL。

所述步骤(1)中载体薄膜为混合纤维素、聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯等材料薄膜。

所述步骤(2)中可逆变色油墨、水的质量比例为0.5～10:1，热致变色油墨与水的配比不宜过高，保证油墨粘度。

所述步骤(2)中混合油墨为质量比为0.2～5:1的两种可逆变色油墨。