[发明专利]3D打印氧化石墨烯/纤维素复合材料及其制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种3D打印氧化石墨烯/纤维素复合材料及其制备方法与应用。该方法包括以下步骤：(1)将氢氧化钠和尿素溶解到水中，得到氢氧化钠/尿素水溶液；(2)将步骤(1)中得到的氢氧化钠/尿素水溶液预冷至‑8～‑15℃，再添加浆料，搅拌溶解，得到纤维素溶液；(3)将氧化石墨烯分散到步骤(2)中得到的纤维素溶液中，再加入胶粘剂，得到混合溶液；(4)将步骤(3)中得到的混合溶液进行3D打印，得到3D打印氧化石墨烯/纤维素复合材料。利用本发明的方法制得的复合材料具有高柔韧性，较高耐热性以及导电性等特征，可应用于高性能电子器件、传感器以及半导体等领域。

技术领域

本发明属于功能材料领域，特别涉及一种3D打印氧化石墨烯/纤维素复合材料及其制备方法与应用。

背景技术

随着社会的快速发展，各种各样的电子器件涌入到人们的日常生活中，不断给人们的生活带来便利。但是，也引起了一些潜在的问题。目前所使用的电子器件主要构建在硅片、玻璃以及塑料薄膜上，这些基材在自然条件下需要经过几百甚至上万年才能发生降解，这不符合人类社会可持续发展目标。纤维素作为自然界最为丰富的天然可再生高分子材料逐渐引起了人们的关注。利用纤维素可以制备各种环境友好型复合材料。由于纤维素分子中具有复杂的氢键网络，导致纤维素的直接加工变得极其困难。武汉大学张俐娜教授开发出一套低温快速有效溶解纤维素的碱/尿素体系，鉴于此，对纤维素溶液再加工制备各种先进复合材料具有重大意义。利用纤维素溶解、固化的特性通过3D打印制造出各种理想模型的三维材料，将极大扩宽纤维素的应用领域。

然而，单纯的以纤维素制造各种三维模型材料难以满足现代高性能产品的需求，寻找优良性能的增强体制备纤维素基复合材料显得极为重要。近年来，关于氧化石墨烯，石墨烯复合材料的研究成果不断涌现，在电化学、催化、能源储存等领域具有极大的应用潜力。丰富的含氧官能团赋予氧化石墨烯良好的亲水性和化学修饰性，有利于制备多种功能化的复合材料。但是，将氧化石墨烯与纤维素进行混合，并且通过3D打印技术制备出具有较强热稳定性和导电性能的复合材料未见报道。

发明内容

本发明的首要目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种3D打印氧化石墨烯/纤维素复合材料的制备方法。

本发明的另一目的在于提供所述方法制备得到的3D打印氧化石墨烯/纤维素复合材料。

本发明的又一目的在于提供所述3D打印氧化石墨烯/纤维素复合材料的应用。

本发明的目的通过下述技术方案实现：一种3D打印氧化石墨烯/纤维素复合材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)将氢氧化钠和尿素溶解到水中，得到氢氧化钠/尿素水溶液；

(2)将步骤(1)中得到的氢氧化钠/尿素水溶液预冷至-8～-15℃，再添加浆料，搅拌溶解，得到纤维素溶液；

(3)将氧化石墨烯分散到步骤(2)中得到的纤维素溶液中，再加入胶粘剂，得到混合溶液；

(4)将步骤(3)中得到的混合溶液进行3D打印，得到3D打印氧化石墨烯/纤维素复合材料。

步骤(1)中所述的水优选为去离子水。

步骤(1)中所述的氢氧化钠/尿素水溶液中氢氧化钠的质量分数为6％～10％，尿素的质量分数为10％～15％。

步骤(2)中所述的预冷为在低温冷却循环泵中进行预冷。

步骤(2)中所述的浆料为漂白亚麻浆。

步骤(2)中所述的浆料的添加量按浆料的绝干量为氢氧化钠/尿素水溶液质量的2～5％计算。

步骤(2)中所述的搅拌优选为在高速分散均质机中进行搅拌。

步骤(2)中所述的搅拌的速率优选为2000～10000r/min。