[发明专利]改性氧化石墨烯/羟基磷灰石纳米线复合纸的制备及应用

说明书

本发明公开了一种改性氧化石墨烯/羟基磷灰石纳米线复合纸的制备及其在火灾预警中的应用，其是利用有机分子对氧化石墨烯进行改性，并结合羟基磷灰石纳米线作为框架而构成所述复合纸。本发明制备的改性氧化石墨烯/羟基磷灰石纳米线复合纸具有快速的火灾响应性能及良好的结构稳定性，因而能与低压直流电源、预警灯等器件串联成一套火灾预警装置，解决传统烟雾报警传感器和红外报警传感器在使用中存在的不足和缺陷，有效预防火灾风险，降低甚至避免火灾的产生及其造成的损失。

技术领域

本发明属于功能材料领域，具体涉及一种改性氧化石墨烯/羟基磷灰石纳米线复合纸的制备及其在火灾预警中的应用。

背景技术

近年来，火灾事故频发，频繁的火灾事故给社会造成了巨大的经济损失和人员伤亡。因此，如何预防和降低火灾事故逐渐引起了广泛的关注。目前市场上常用的火灾预警传感器主要有烟雾传感器和红外线传感器等。烟雾传感器需要火灾发生后烟雾达到一定浓度才能工作，这会造成严重的预警迟滞；而红外线传感器易受其它热源、距离、粉尘、同频干扰、安装位置和角度等影响，抗干扰能力较差，早期红外线传感器误报的比例高达7.5。因此，开发快速可靠的火灾预警系统迫在眉睫。

氧化石墨烯是一种新型的火灾预警传感器，其工作机制为：氧化石墨烯表面的含氧基团（羧基、羟基、环氧基等）破坏了石墨烯的共轭结构，使其常温下表现为电绝缘性，而火灾的高温环境能够消除其表面的含氧基团，使导电性明显提高，且这种绝缘性到导电性的转变速度极快（响应时间5秒）。然而，基于氧化石墨烯的火灾预警装置存在两个不足：（1）氧化石墨烯的热稳定性和耐火性较差，使得火灾预警时间较短；（2）氧化石墨烯在燃烧后结构稳定性较差，火灾预警的可靠性较差。为解决上述问题，本发明开发出一种改性氧化石墨烯/羟基磷灰石纳米线复合纸，其可解决目前氧化石墨烯火灾预警装置实际应用存在的难点，具有重要的科学意义和应用价值。

发明内容

本发明的目的在于针对现有不足，提供了一种改性氧化石墨烯/羟基磷灰石纳米线复合纸的制备方法及其在火灾预警系统中的应用。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种改性氧化石墨烯/羟基磷灰石纳米线复合纸的制备方法，其包括以下步骤：

（1）将氧化石墨烯置于水中，超声剥离20-60 min，得到浓度为1 mg/mL的氧化石墨烯分散液；

（2）将1-2mg/mL的有机分子溶液和1-2.5 mg/mL的羟基磷灰石纳米线溶液加入上述制备好的氧化石墨烯分散液中，并于50-100 ℃油浴加热及搅拌1-6 h至溶液充分混合；

（3）将上述混合液静置冷却至室温，经真空辅助抽滤后干燥，得到独立自支撑的改性氧化石墨烯/羟基磷灰石纳米线复合纸。

上述所用原料按重量份计包括：有机分子0.5-2份、氧化石墨烯1份、羟基磷灰石纳米线2-8份。所述氧化石墨烯为单层氧化石墨烯。所述有机分子为支化聚乙烯亚胺或脱氧核糖核酸。

步骤（3）中所述干燥的温度为30-100 ℃，时间为0.5-12 h。

上述方法制备的改性氧化石墨烯/羟基磷灰石纳米线复合纸可用于制备火灾预警系统，其具体是将所述改性氧化石墨烯/羟基磷灰石纳米线复合纸作为感应器，与低压直流电源（4V）、预警灯等器件经铜线串联构成一套火灾预警装置。

本发明的有益效果

（1）本发明中利用改性有机分子支化聚乙烯亚胺分子链上的氨基与氧化石墨烯表面上的羧基、环氧基等发生亲核取代反应；利用改性有机分子脱氧核糖核酸结构中的磷酸钠基团可以充当有机反应中亲核的中间体，且解开的单链脱氧核糖核酸通过氢键、π-π相互作用能组装在氧化石墨烯纳米片层上，使改性后的氧化石墨烯的热稳定性和阻燃性得到明显改善，使用其搭建的火灾预警装置能够长时间发挥预警效果。