[发明专利]一种导电木材气凝胶的制备方法

说明书

本发明公开了一种导电木材气凝胶的制备方法，包括如下步骤：将木材沿垂直于生长方向进行切片，得到横切面木材基板；将基板浸入脱木素缓冲溶液中，加热进行脱木素处理；将得到的脱木素木材基板浸没于氯化铁溶液中浸渍完成后冷冻干燥；然后将得到的样品与吡咯溶液密封在一起，利用原位化学气相沉积的方法在木材细胞壁内原位合成聚吡咯；随后将样品浸渍在硝酸银、二甲基亚砜和柠檬酸钠的混合溶液中，其中二甲基亚砜作为还原剂，柠檬酸钠作为络合剂，在聚吡咯表面原位生成银纳米粒子，将样品在乙醇中洗涤从而得到导电木材气凝胶。本发明方法制备工艺简单，反应条件温和，有利于工业化生产，可广泛应用于电学、抗菌以及电磁屏蔽材料等领域。

技术领域

本发明涉及一种复合材料的制备方法，具体涉及一种导电气凝胶的制备方法，属于复合材料领域。

背景技术

气凝胶是通过溶胶凝胶法，用一定的干燥方式使气体取代凝胶中的液相而形成的一种纳米级多孔固态材料。气凝胶具有低密度和高比表面积，使其适用于多种电气设备，例如超级电容器电极、电磁屏蔽材料，应变传感器等。目前研究最多的是二氧化硅气凝胶，但是强度受损会限制其应用。另一种聚合物气凝胶强度好，然而所需材料来自于不可再生的化石资源。近年来，生物质基气凝胶受到越来越多的关注，制备它们的前体包括细菌纤维素、壳聚糖、海藻酸盐和木质纤维素等。其中，纤维素纳米纤维气凝胶具有高强度和大比表面积，因此备受研究人员的关注。

纤维素气凝胶一般是基于自下而上的方法制备的，气凝胶中的纳米纤维素原纤维通常是通过机械分解或酸水解获得的，并通过重建结构单元来形成气凝胶。这种方法耗时耗能，且制备的气凝胶一般是各向同性的，对于电池、电容器的电极以及太阳能蒸发装置等，各向异性结构是有益的。即便使用定向冷冻的方法可以制备各向异性的纳米纤维素气凝胶，但是这种方法操作复杂，制造成本高昂，不利于大规模生产。木材是一种具有各向异性结构、可再生可降解的绿色材料，木质细胞壁由纤维素、半纤维素和木质素组成。在细胞壁的S2层中，纤维素原纤维相对于轴向以小角度取向，方向性排列导致木材具有优异的机械性能。因此，以天然木材为前体，脱除木质素和半纤维素从而制备各向异性结构的木材气凝胶，可以作为基材应用于电子产品。

要制备导电气凝胶，除了气凝胶基底之外，还需要活性材料。当前，最常用的材料包括碳纳米管、石墨烯、金属氧化物、金属纳米粒子和导电聚合物，这组材料中，导电聚合物具有优异的电化学活性、机械响应性、重量轻和柔韧性等性能，因而备受关注。特别是聚吡咯(PPy)，它可以通过化学聚合、电化学聚合、气相沉积和界面聚合等多种聚合方法合成，每种方法都可以制备出具有特定特性的PPy。与聚苯胺或聚-3,4-乙烯二氧噻吩相比，PPy具有更高的柔韧性和更大的质量密度，表现为体积小、性能更高。尽管如此，PPy的溶解性和稳定性较差，所以一种有趣的方法是在三维木材气凝胶骨架上原位化学气相沉积PPy，可以简化过程，降低成本。此外，随着可穿戴电子设备的发展，人们对其舒适性、安全性和健康性提出了更高的要求，因此，复合材料的抗菌性能变得尤为重要。银(Ag NPs)可以杀死特定的细菌、真菌和病毒，因此成为最有前途的抗菌剂。通过静电自组装的方法将Ag NPs沉积在PPy表面，可以使复合材料具有抗菌活性，同时增加材料的导电性。专利CN201210279965X公开了一种导电木材的制备方法，首先将木材切片浸入苯胺溶液中，随后加入引发剂聚合1-48h从而得到导电木材；专利CN107742583A公开了一种木基复合电极材料的制备方法，通过将木材切片置于氧化石墨烯溶液中，随后洗涤并冷冻干燥得到了复合材料。上述制备方法制备工艺复杂而且没有考虑材料的多功能化应用。因此，发明一种来源于木材，具有电化学和电磁屏蔽性能的抗菌型导电气凝胶是一个非常迫切的课题。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的旨在提供一种绿色环保，简单易行的新型导电木材气凝胶的制备方法。制备得到的导电气凝胶具有优异的抗菌活性、电化学性能和电磁屏蔽性能。

具体的，本发明是通过如下技术方案达到的：

一种导电木材气凝胶的制备方法，包括如下步骤：