[发明专利]一种三维石墨烯超弹体及其制备方法和应用、柔性压阻式传感器

说明书

本发明提供了一种三维石墨烯超弹体及其制备方法和应用、柔性压阻式传感器，属于纳米材料技术领域。包括以下步骤：将氧化石墨烯悬浮液、羧甲基纤维素钠和水合肼水溶液混合后进行水热反应，得到石墨烯水凝胶；将所述石墨烯水凝胶真空冷冻干燥，得到三维石墨烯超弹体；再进行煅烧，得到性能进一步提高的三维石墨烯超弹体。本发明制得的三维石墨烯超弹体的碳壁具有多尺度孔状分级结构，能够解决石墨烯气凝胶在大应变下机械性能差(易变性、碳壁易破碎、抗疲劳性差)、电流信号不稳定的技术难题。

技术领域

本发明涉及纳米材料技术领域，尤其涉及一种三维石墨烯超弹体及其制备方法和应用、柔性压阻式传感器。

背景技术

近年来，三维石墨烯气凝胶作为应变和压力传感器而备受关注，并由于其优异的导电性、柔韧性和可压缩性，在电子皮肤和可穿戴设备等领域得到了广泛的应用。为了提高石墨烯气凝胶的结构稳定性和可压缩性，其内部结构的合理设计至关重要。由于石墨烯气凝胶碳壁的脆性，气凝胶在超高的压缩应变下容易发生不可逆变形。同时，由于结构的破坏，电流响应信号会逐渐衰减或变得混乱。特别是在大应变上万次的循环压缩下，因石墨烯气凝胶内部结构出现较大变形和碳壁的破碎，故不能提供稳定的电流信号。因此，制备在超高应变(≥90％)，上万次循环压缩下，既能保持优异的力学性能，又能始终提供稳定的应变电流信号的石墨烯气凝胶具有相当大的挑战。

近年来，硬模板、软模板或分子模板的方法均被应用于制备具有分级结构的碳气凝胶。但所制备的气凝胶，在大应变下(≥90％)仅能完成数次到数千次的循环压缩，且无法提供稳定的电流信号。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种三维石墨烯超弹体及其制备方法和应用、柔性压阻式传感器。本发明制得的三维石墨烯超弹体在大应变下抗疲劳性好且电流信号稳定。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种三维石墨烯超弹体的制备方法，包括以下步骤：

将氧化石墨烯悬浮液、羧甲基纤维素钠和水合肼水溶液混合后进行水热反应，得到石墨烯水凝胶；

将所述石墨烯水凝胶真空冷冻干燥，得到所述三维石墨烯超弹体。

优选地，所述氧化石墨烯悬浮液中的氧化石墨烯与羧甲基纤维素钠的质量比为1:(0.01～1)。

优选地，所述氧化石墨烯悬浮液中的氧化石墨烯与水合肼水溶液的质量比为1:(1～50)；所述水合肼水溶液的质量浓度为80％。

优选地，所述水热反应的温度为120～220℃，时间为6～24h。

优选地，所述真空冷冻干燥的温度为-50～30℃，时间为24～72h。

优选地，所述真空冷冻干燥后还包括将所得三维石墨烯气凝胶煅烧，所述煅烧的温度为200～1500℃，时间为2～10h。

优选地，升温至所述煅烧的温度的升温速率为2～10℃·min^-1。

本发明还提供了上述技术方案所述制备方法制得的三维石墨烯超弹体，所述三维石墨烯超弹体的碳壁具有孔状分级结构。

本发明还提供了上述技术方案所述的三维石墨烯超弹体在柔性压阻式传感器中的应用。

本发明还提供了一种柔性压阻式传感器，由包括以下步骤的方法制得：

在上述技术方案所述的三维石墨烯超弹体的两表面均涂覆银浆，再将两个铜片分别黏贴到所述三维石墨烯超弹体的上下两面作为电极，从所述铜片分别引出铜线作为导线，然后进行封装，得到所述柔性压阻式传感器。