一种石墨烯和双金属纳米线的发热复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种石墨烯和双金属纳米线的发热复合材料及其制备方法，包括制备原料和制备方法，所述制备原料如下：氧化石墨烯、铜纳米线、银、铂、金或者钯贵金属盐。本发明专利技术提出双金属纳米线与氧化石墨烯的复合获得结构稳定的高导电纳米组分，同时，氧化石墨烯易于在高分子体相内分散，避免了繁杂耗能的分散处理手段，无需分散剂的引入，制备工艺大为简化，加工成本低，可大批量生产，制备的发热材料在10～220V范围内升温达到稳定值所需时间小于300S，稳定温度在0～200℃范围可通过电压调制，制备的发热复合材料，电导率0.1～10S/cm范围可调，制备的发热复合材料，适合作为保暖材料，亦可以作为温度控制材料，具有广阔的应用前景。

【技术实现步骤摘要】
一种石墨烯和双金属纳米线的发热复合材料及其制备方法
本专利技术涉及石墨烯制备
，具体为一种石墨烯和双金属纳米线的发热复合材料及其制备方法。
技术介绍
保暖是低温寒冷环境下人体维持正常功能所必需的。目前的保暖材料主要为金属基发热材料，通过金属丝等发热元件在一定电压下实现电-热的转换。其存在金属折断、电路短路、发热后散热热损失严重等一系列问题。近年来围绕新型纳米材料，尤其是石墨烯纳米材料设计具有柔性可拉伸发热保暖材料的应用逐渐引起相关技术企业的兴趣。由单层碳原子层构成的二维晶体材料——石墨烯(graphene)，是已知材料中最薄的，被称为神奇的材料，掀起了全世界的研究热潮。石墨烯在热力学方面表现出了优异的性能，自从被英国曼切斯特大学的两位科学家安德烈·杰姆和克斯特亚·诺沃肖洛夫发现以后，人们从来没有停止过对石墨烯导热性能的探究。在实验室测得石墨烯的热导率高达(5000-5500)W/(m·K)，而铜的导热率为386.4W/(m·K)。以石墨烯制备的薄膜材料表现出良好的柔性特征，其电加热所产生的远红外热效应对于人体的健康等方面还是具有传统发热材料所不能代替的优势。目前多篇相关专利申请已经公开。现有技术的缺点：中国专利申请CN105380310A公布了一种石墨烯远红外智能加热服，石墨烯薄膜通过PVC绝缘层封装，但是PVC为热塑性高分子，与石墨烯表面的结合不牢固，且石墨烯膜在封装条件下反复折叠有断裂导致内阻大幅提高的缺陷。存在类似问题的专利还包括：CN106137518A(一种轻薄型发热护颈)，CN106793198A(一种基于石墨烯技术的电发热带)。因此，合理的结构设计往往是将石墨烯分散于高分子集体中，避免石墨烯宏观体的结构破坏及脱落。相比之下，中国专利申请CN105188164A公布了一种石墨烯发热体的制备方法，通过分散石墨烯于高分子集体中，避免了此一问题。但是由于石墨烯粉体表面极性官能团少，为了实现石墨烯在高分子基体中的分散，该专利申请通过大量使用分散剂，结合超声波分散等复杂的方式将石墨烯制得分散液，再与高分子复合，这一过程耗能，效率低下，不利于批量化生产低成本的电发热材料，且分散剂无法去除，影响石墨烯的空间网络连接，导电性和导热性差，影响复合材料发热性能。具有类似问题的专利申请包括：CN106752878A(一种石墨烯低压发热涂料)，CN106880088(一种石墨烯远红外发热袜子)，CN106954912(一种石墨烯抗菌发热鞋)。中国专利申请CN105657877A公布了一种超级可拉伸的石墨烯电热膜及其制备方法，其通过多步骤的将氧化石墨烯热处理，获得了连续的石墨烯薄膜，并通过剪裁，将其制备成连续的石墨烯纤维，以其编织得到柔性多孔的粗糙电发热膜，这种结构的石墨烯电发热膜拉伸性能良好，且易于和高分子复合达到良好的界面结合。但是，高达3000度的热处理温度，以及后续的石墨烯纤维的加工处理对于规模化生产工艺的以及生产成本都提出了极高的挑战。此外，保暖材料除了有效的发热之外，防止不必要的热损失也尤为重要。将保暖材料制备成多孔结构，能够有效避免其导热引起的不必要的热损失。中国专利申请CN103734958A(一种超轻保暖服内部填充物的制备方法及其应用)，中国专利技术专利CN106941736A(一种石墨烯电加热膜及其制备方法)以及中国专利申请CN105692600A(一种超柔轻质石墨烯电热膜的制备方法)，都基于石墨烯制备多孔超轻泡沫材料，作为隔热或发热层用于服装的保暖材料。但是冷冻干燥或超临界干燥技术结合高温热还原技术的采用导致其成本高昂，不利于低成本批量化生产。此外，虽然各种方法合成的石墨烯已经批量化生产，但是其本征缺陷多，实际电导率和热导率并没有达到理想数值，依然低于铜等传统金属材料。并且，石墨烯在高分子材料中的界面电阻和热阻较高，也严重影响其实际应用的性能。综上所述，石墨烯基发热材料的设计目前面临着诸多技术和成本困境，迫切需要合理的材料制备技术解决这些问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种石墨烯和双金属纳米线的发热复合材料及其制备方法，通过易于大量制备和加工的双金属纳米线导电网络增强石墨烯导电性、导热性以及发热能力，从而获得可批量化制备的高性能石墨烯基复合发热材料，解决了上述
技术介绍
所提到的问题。为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种石墨烯和双金属纳米线的发热复合材料及其制备方法，包括制备原料和制备方法，所述制备原料如下：氧化石墨烯、铜纳米线、银、铂、金或者钯贵金属盐；制备方法的详细步骤如下：步骤a：以铜的金属盐为原料，在强碱性溶液中以联氨和乙二胺为还原剂，将铜的金属盐还原制备成铜纳米线,制备方法按照A.R.Rathmell等人在Advancedmaterials上公开的一种方法；具体为：配置15MNaOH溶液，取2000ml加入反应瓶中，水浴加热至80℃；另配置0.2MCu(NO3)2溶液,滴加100ml的0.2MCu(NO3)2溶液至NaOH溶液反应瓶中，剧烈搅拌；再依次加入30ml的无水乙二胺，2.5ml的联氨，搅拌后，静置反应60分钟；反应完毕，冷却至室温，看到烧瓶上方有红棕色的产物。在将产物抽滤，反应的产物用质量分数为3％的水合联氨溶液清洗；将产物放入无水乙醇的样品瓶中保存，且置于Ar气环境中，防止被氧化。步骤b：氧化石墨烯的制备，根据D.Li等人在Naturenanotechnology上公开的一种制备方法；具体为：取30g五氧化二磷、30g过二硫酸钾依次缓慢加入装有150ml浓硫酸的三口烧瓶中，水浴搅拌加热至80℃，反应30min后，再加入3g325目石墨粉，再加入20ml浓硫酸，持续反应12h。反应完后，自然冷却到室温，然后用1L冰块冷水稀释，抽滤，得到的滤饼在六十摄氏度干燥，然后碾碎，得到预处理粉末；进一步地预氧化石墨在进行深度氧化，在冰水浴的条件下，将预氧化石墨加入含有300ml浓硫酸的三口烧瓶中，非常缓慢的加入30g高锰酸钾，持续搅拌，整个过程温度控制在20℃下，反应30min后，转入油浴35℃反应24h即得氧化石墨。接着进行稀释，先非常缓慢滴入100ml去离子水，再接着加入冰块稀释到1L，加入一定量(10-20mL)30％的双氧水，直至液体颜色变成蜡黄色，表明氧化石墨烯制备成功；制备的氧化石墨烯溶液，加入盐酸，离心，加水分散，至不再产生沉淀，干燥即得氧化石墨烯粉末；步骤c：将步骤a中获得的铜纳米线，与氧化石墨烯粉末分散复合；具体为：通过置换反应在铜纳米线表面沉积银、铂、金或者钯等贵金属，形成氧化石墨烯/双金属纳米线复合材料；步骤d：将步骤c中获得的氧化石墨烯/双金属纳米线过滤，干燥，然后搅拌分散于低沸点有机溶剂中；步骤e：将高分子加入上一步所使用的同样的低沸点有机溶剂中搅拌溶解；步骤f.将氧化石墨烯/双金属纳米线分散液与高分子溶液机械搅拌，倒入金属容器中，至于加热台加热至低沸点溶剂沸点以上5-10度，快速产生气孔，维持10分钟-两小时，得到石墨烯/双金属纳米线发热复合材料。优选的，材料的制备方法以石墨烯的中间体-氧化石墨烯-作为分散剂，无额外分散剂。优选的，通过氧化石墨烯/铜纳米线分散液中加入贵金属盐，直接在氧化石墨烯/铜纳米线复合结构的铜表面沉积第二金属，获得本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种石墨烯和双金属纳米线的发热复合材料及其制备方法，包括制备原料和制备方法，其特征在于：所述制备原料如下：氧化石墨烯、铜纳米线、银、铂、金或者钯贵金属盐。

【技术特征摘要】
1.一种石墨烯和双金属纳米线的发热复合材料及其制备方法，包括制备原料和制备方法，其特征在于：所述制备原料如下：氧化石墨烯、铜纳米线、银、铂、金或者钯贵金属盐。2.根据权利要求1所述的一种石墨烯和双金属纳米线的发热复合材料及其制备方法，其特征在于：材料的制备方法以石墨烯的中间体-氧化石墨烯-作为分散剂，无额外分散剂。3.根据权利要求1所述的一种石墨烯和双金属纳米线的发热复合材料及其制备方法，其特征在于：通过氧化石墨烯/铜纳米线分散液中加入贵金属盐，直接在氧化石墨烯/铜纳米线复合结构的铜表面沉积第二金属，获得具有分散性好，结构均匀的氧化...

【专利技术属性】
技术研发人员：芦露华，
申请(专利权)人：芦露华，
类型：发明
国别省市：湖北,42