[发明专利]一种甲基磺酸化石墨烯材料及其制备方法和光感应开关

说明书

技术领域

本发明涉及石墨烯材料合成领域，尤其是一种甲基磺酸化石墨烯材料及其制备方法和光感应开关。

背景技术

石墨烯是一种碳原子之间呈六角环形排列的二维片状体，2004年由英国曼彻斯特大学的安德烈·K·海姆(Andre K.Geim)等人首次发现。石墨烯材料具有良好的光电性质，而且廉价易得，是一种良好的光敏材料前驱体。

光敏材料是制作光感应开关必不可少的元件，目前市面上光敏材料一般是光敏电阻，光敏电阻受光后，自身阻值下降，使得电路连通。光敏电阻可靠性好、体积小、灵敏度高，广泛应用于家居办公照明、电机及电器等各个领域的电路控制系统中。但是，光敏电阻一般由有毒金属(如硫化镉)制成，成本高，且易对环境和人体产生较大的危害；另外，光敏电阻的阻值与光照强度成反比，光照强时阻值小，电路开启。但在许多实际应用时，比如照明，光照强时，我们并不需要开启电路，因而在实际应用时光敏电阻不能独立控制电路的开关，必须在电路中再连接继电器或二极管等电路转换元件，这就使得电路成本进一步提高，同时也给电路引入了更多的不稳定因素。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供一种甲基磺酸化石墨烯材料及其制备方法，所述甲基磺酸化石墨烯材料经济环保、灵敏度高，可用于制备光感应开关的光敏元件，并且无须借助电路转换元件，所述制备方法工艺条件简单，适于工业化生产。本发明还提供了由该甲基磺酸化石墨烯材料作为光敏元件的光感应开关。

第一方面，本发明提供了一种甲基磺酸化石墨烯材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)将氧化石墨烯溶于水中，搅拌均匀制成0.005～1mol/L的氧化石墨烯悬浮液；

(2)往氧化石墨烯悬浮液中加入硝酸并缓慢加热到80～88℃，加入硫酸氰甲酯后控制溶液温度为120～130℃，反应3～5小时，反应结束后进行清洗和过滤，得到甲基磺酸化石墨烯材料。

优选地，步骤(1)所述的水为去离子水。

优选地，步骤(1)所述的氧化石墨烯悬浮液浓度为0.005～0.01mol/L。

更优选地，所述氧化石墨烯悬浮液浓度为0.006mol/L。

优选地，步骤(2)所述的硝酸，浓度为60％～90％，按质量比0.5～1∶1000的比例加入到所述氧化石墨烯悬浮液中。

优选地，步骤(2)所述的硫氰酸甲酯为固态，按质量比0.1～0.5∶1000的比例分3～5次加入到所述氧化石墨烯悬浮液中。硫氰酸甲酯具较高危险特性，受高热迅速分解并产热，分次加入可缓和反应，防止发生危险。

优选地，步骤(2)所述清洗和过滤，先将溶液中的上清液倒去，然后往沉淀中加入甲醇进行清洗，过滤后再用水清洗。

优选地，所述制备方法还包括将过滤得到的甲基磺酸化石墨烯材料进行干燥，从而更有利于其保存。

本发明以廉价易得的氧化石墨烯为原料，通过对石墨烯进行甲基磺酸化，提高了其的光敏特性，原料成本低，工艺简单，适合大规模的工厂化生产。

第二方面，本发明提供了一种甲基磺酸化石墨烯材料，所述甲基磺酸化石墨烯材料通过上述制备方法制得。

本发明制得的甲基磺酸化石墨烯材料，无毒环保，质地均匀，光敏性好。

第三方面，本发明提供了一种光感应开关，包括开关基体与光敏元件，所述开关基体包括外壳，固定在外壳内部且相互分离的一号铜板与二号铜板，固定在一号铜板上且与二号铜板形成弹性接触的铜片，分别连接一号铜板和二号铜板的电源线；

所述光敏元件固定在所述外壳内部，所述光敏元件感光伸长可推动所述铜片与所述二号铜板接触；所述光敏元件是由权利要求8所述的甲基磺酸化石墨烯材料按5～20∶1的比例加入明胶，混合后风干最后压制而成的。

优选地，所述光敏元件是由权利要求8所述的甲基磺酸化石墨烯材料按10～15∶1的比例加入明胶，混合后风干最后压制而成的。

本发明在甲基磺酸化石墨烯材料中加入明胶制成光敏元件，将其应用在光感应开关上，制作石墨烯光感应开关。所述光敏元件在日光照射下处于收缩状态，当环境光照强度低于5lx时，光敏元件整体伸长并触发开关，使得电路接通，而当环境光照强度增大时，光敏元件逐渐收缩，松开触点，使电路断开，结构简单，无须借助电路转换元件，灵敏度高。

本发明提供的一种甲基磺酸化石墨烯材料及其制备方法与应用，具有以下有益效果：

(1)以氧化石墨烯为原料，通过对石墨烯进行甲基磺酸化，提高了其的光敏特性，原料简单易得，制备工艺简单，适合工业化生产；