[发明专利]一种石墨烯/SiC复合材料的制备方法及其应用

说明书

本发明公开了一种石墨烯/SiC复合材料的制备方法，包括以下步骤：1)将纤维材料进行预氧化，得到无定形碳材料；2)将无定形碳材料嵌入柔性基体材料中，得到嵌入有无定形碳材料的基体材料；3)将嵌入有无定形碳材料的基体材料进行激光诱导，得到所述石墨烯/SiC复合材料。本发明通过激光诱导技术，将预氧化的纤维材料直接诱导形成石墨烯结构，并且通过控制预氧化的纤维材料嵌入柔性基体材料的深度，从而控制所制备石墨烯/SiC复合材料的成型质量及柔性基体材料的力学性能。该石墨烯/SiC复合材料的制备方法可广泛应用于制造传感器或生物信号检测装置中。

技术领域

本发明属于材料领域，具体涉及一种石墨烯/SiC复合材料的制备方法及其应用。

背景技术

柔性可穿戴传感的出现为人们检测自身的生命体征提供了极大的便利，应用于柔性可穿戴系统的基底材料应当具有弯曲、卷曲、拉伸等功能，并结合相应的纳米材料或纳米技术。柔性可穿戴传感器面对不同的应用需求应当具备良好的导电性能、较大的比表面积、耐用性及舒适性等特点；由于石墨烯材料在这些方面表现出了优异的性能，从而在柔性可穿戴传感系统中得到了广泛的应用。

石墨烯作为一种性能优异的二维导电材料，其被广泛应用于可穿戴传感系统中，但石墨烯传统的制作工艺例如机械剥离法、化学气相沉积法、SiC高温退火法、氧化石墨烯还原法等，这些工艺普遍存在着工序复杂、工艺条件严苛、制作过程存在污染和石墨烯性能低等诸多问题。基于石墨烯材料在柔性可穿戴传感系统中的广泛应用，现有技术的石墨烯制备方法依然无法满足工业界对石墨烯材料的巨大需求，研究人员为解决此问题开发了多种石墨烯的加工制造工艺，其中通过二氧化碳激光器成功的在空气氛围下直接诱导聚酰亚胺(PI)产生三维多孔石墨烯(Jian L,Peng Z,Liu Y,et al.Laser-induced porousgraphene films from commercial polymers[J].Nature Communications,2014,5:5714.)，为柔性可穿戴传感基体材料的制造开创了一个新的途径。但PI材料成本高，限制了其在柔性可穿戴传感器中的应用，因此有必要开发一种新的制备石墨烯材料的方法。

发明内容

为了克服上述现有技术存在的问题，本发明的目的之一在于提供一种石墨烯/SiC复合材料的制备方法；本发明的目的之二在于提供这种石墨烯/SiC复合材料制备方法的应用；本发明的目的之三在于提供这种石墨烯/SiC复合材料制备方法所制得的石墨烯/SiC复合材料的应用。

为了实现上述目的，本发明所采取的技术方案是：

本发明第一方面提供一种石墨烯/SiC复合材料的制备方法，包括以下步骤：

1)将纤维材料进行预氧化，得到无定形碳材料；

2)将无定形碳材料嵌入有机硅中，得到嵌入有无定形碳材料的基体材料；

3)将嵌入有无定形碳材料的基体材料进行激光诱导，得到所述石墨烯/SiC复合材料。

优选的，所述纤维材料包括天然纤维材料、合成纤维材料中的至少一种；进一步优选的，所述纤维材料包括棉纤维、竹纤维、木纤维、涤纶、锦纶、腈纶、丙纶、维纶、氯纶中的至少一种；再进一步优选的，所述纤维材料包括棉布、棉花、棉纸中的至少一种；更进一步优选的，所述纤维材料为棉布。

优选的，在所述纤维材料为棉布或棉纸的情况下，所述纤维材料的含棉质量百分比为30％-100％；进一步优选的，所述纤维材料的含棉质量百分比为50％-100％；再进一步优选的，所述纤维材料的含棉质量百分比为80％-100％。

优选的，所述步骤1)中，预氧化的温度为270℃-330℃；进一步优选的，预氧化的温度为280℃-320℃；再进一步优选的，预氧化的温度为290℃-310℃。

优选的，所述步骤1)中，预氧化的时间为1h-3h；进一步优选的，预氧化的时间为1.5h-2.5h。