一种细菌纤维素/活性碳纤维/石墨烯膜材料的制备方法及其应用，本发明专利技术涉及一种膜材料的制备方法及其应用，本发明专利技术的目的是为了解决现有柔性电极材料制备工艺复杂、成本高，不具备良好的稳定性及力学性能的问题，方法为：制备备用细菌纤维素，制备活性碳纤维分散液；制备细菌纤维素浆料；制备复合材料分散液，将细菌纤维素浆料真空抽滤成膜，然后加入复合材料分散液继续抽滤干燥，制成细菌纤维素/活性碳纤维/石墨烯膜材料，该材料应用于超级电容器。本发明专利技术可规模化生产，制备工艺简单、成本低、导电膜材料稳定性及力学性能好，制备成超级电容器具有很好的电容性。本发明专利技术属于纳米材料技术领域。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种膜材料的制备方法及其应用。
技术介绍
传统的能源来源日益消耗殆尽，刺激人们去寻找可替代的能源和有效的能量贮存装置，而超级电容器具有高功率密度和较高的能量密度，应用于混合电动车、电动车、便携式电子设备等重要的领域，一直备受人们青睐。当今社会对柔性、可弯曲设备储能需求的快速增长，人们急需研发下一代价廉、柔软、可弯曲的超级电容器，而电极材料是最重要的组成部分。但现有柔性电极材料制备工艺复杂、成本高，不具备良好的稳定性及力学性能。因此，釆用一个简单、有效、环保、适用于规模化生产的制备方法制备高性能的柔性电极材料尤其重要。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了解决现有柔性电极材料制备工艺复杂、成本高，不具备良好的稳定性及力学性能的问题，提供。本专利技术一种细菌纤维素/活性碳纤维/石墨烯膜材料的制备方法，按如下步骤进行:—、将细菌纤维素剪切成块浸泡在去离子水中超声洗涤，然后用液氮冷冻后进行冷冻干燥15?30h，获得备用细菌纤维素；二、将备用细菌纤维素置于管式炉中进行高温热解，即得活性碳纤维，然后向活性碳纤维中加入表面活性剂，再分散在去离子水中，得到活性碳纤维分散液；三、将细菌纤维素剪切成块后浸泡在去离子水中超声洗涤，然后置于去离子水中，搅拌使其分散均匀，再转移到匀浆机中搅拌，得到细菌纤维素浆料；四、向酸化的石墨烯中加入表面活性剂，然后分散在去离子水中，得到石墨烯分散液；将石墨烯分散液加入到活性碳纤维分散液中，搅拌使石墨烯和活性碳纤维分散均匀，得到复合材料分散液；五、将步骤三的细菌纤维素浆料真空抽滤成膜，然后加入复合材料分散液继续抽滤成膜，再放入真空干燥箱中进行干燥，制成细菌纤维素/活性碳纤维/石墨烯膜材料；其中细菌纤维素/活性碳纤维/石墨烯膜材料中细菌纤维素与步骤二的活性碳纤维的质量比为(15?1.5):1 ;细菌纤维素/活性碳纤维/石墨烯膜材料中细菌纤维素与步骤四中酸化的石墨烯的质量比为I: (0.02?0.2)。本专利技术细菌纤维素/活性碳纤维/石墨烯膜材料的应用是指作为电极应用于超级电容器中。活性碳纤维具有良好的化学稳定性、导电性和赝电容储能特性，被认为是一种极具发展潜力的超级电容器电极材料。细菌纤维素，其薄膜具有超精细网状结构，裂解后的细菌纤维素可制作纳米碳纤维，所得活性碳纤维性能优良。细菌纤维素是通过微生物的发酵获得的，其性能优良、资源丰富、环境友好，薄膜具有超精细网状结构、高结晶度、高纯度、高机械强度，作为一种新兴的环境友好型材料成为国内外材料领域研究的热点，细菌纤维素含有大量的羟基，具有良好的亲水性，与其他水溶性的高分子容易发生氢键结合，因而细菌纤维素作为复合材料具有天然的优势。石墨烯独特的二维结构和出色的物理性能，使其在超级电容器中的应用具有极大的潜力。与传统的多孔碳材料相比石墨烯具有大量的层间结构，导致其具有大的比表面积和非常高的导电性，从而成为电容器较有前景的电极材料。本专利技术利用一种低成本、对环境友好且可规模化的制备方式，通过真空抽滤，制备出膜材料并以此组装成电容器。结构表明膜材料力学性能优良，具有很好的电容性质和优良的循环使用性。因此，这种膜材料在超级电容器中的应用具有广阔商业前景。本专利技术的有益效果:(I)利用细菌纤维素超精细网络结构和优异的力学性能等特性，以此为基底负载纳米活性物质，可制备成超级电容器用自支撑自支撑柔性电极；⑵利用细菌纤维素超精细网络结构直接高温裂解制备活性碳纤维；(3)可规模化生产，制备工艺简单、节能、反应条件温和、毒性小，原料廉价易得成本低、膜材料稳定性及力学性能好；(4)直接用做超级电容器电极具有很好的电容性。【附图说明】图1为实施例1制备的细菌纤维素/活性碳纤维/石墨烯膜材料的照片；图2为实施例1所获得的以细菌纤维素/活性碳纤维/石墨烯膜材料制备的工作电极在6M氢氧化钾电解液中的不同扫描速度下的循环伏安曲线；其中a为5mV/s，b为10mV/s，c 为 20mV/s, d 为 5OmV/s ；图3为实施例1所获得的以细菌纤维素/活性碳纤维/石墨烯膜材料制备的工作电极在6M氢氧化钾电解液中的恒电流充放电曲线；其中a为lmA/cm2，b为2mA/cm2，c为5mA/cm2, d 为 1mA/cm2；图4为实施例1中所获得的以细菌纤维素/活性碳纤维/石墨烯膜材料制备的工作电极的交流阻抗谱图；图5为实施例2所获得的以细菌纤维素/活性碳纤维/石墨烯膜材料制备的工作电极在6M氢氧化钾电解液中的不同扫描速度下的循环伏安曲线；其中a为5mV/s，b为10mV/s，c 为 20mV/s ；图6为实施例2所获得的以细菌纤维素/活性碳纤维/石墨烯膜材料制备的工作电极在6M氢氧化钾电解液中的恒电流充放电曲线；其中a为lmA/cm2，b为2mA/cm2，c为5mA/cm2, d 为 1mA/cm2；图7为实施例3所获得的以细菌纤维素/活性碳纤维/石墨烯膜材料制备的工作电极在6M氢氧化钾电解液中的不同扫描速度下的循环伏安曲线；其中a为5mV/s，b为10mV/s，c 为 20mV/s ；图8为实施例3所获得的以细菌纤维素/活性碳纤维/石墨烯膜材料制备的工作电极在6M氢氧化钾电解液中的恒电流充放电曲线；其中a为lmA/cm2，b为2mA/cm2，c为5mA/cm2, d 为 lOmA/cm2。【具体实施方式】本专利技术技术方案不局限于以下所列举的【具体实施方式】，还包括各【具体实施方式】之间的任意组合。【具体实施方式】一:本实施方式一种细菌纤维素/活性碳纤维/石墨烯膜材料的制备方法，按如下步骤进行:—、将细菌纤维素剪切成块浸泡在去离子水中超声洗涤，然后用液氮冷冻后进行冷冻干燥15?30h，获得备用细菌纤维素；二、将备用细菌纤维素置于管式炉中进行高温热解，即得活性碳纤维，然后向活性碳纤维中加入表面活性剂，再分散在去离子水中，得到活性碳纤维分散液；三、领取细菌纤维素剪切成块后浸泡在去离子水中超声洗涤，然后置于去离子水中，搅拌使其分散均匀，再转移到匀浆机中搅拌，得到细菌纤维素浆料；四、向酸化的石墨烯中加入表面活性剂，然后分散在去离子水中，得到石墨烯分散液；将石墨烯分散液加入到活性碳纤维分散液中，搅拌使石墨烯和活性碳纤维分散均匀，得到复合材料分散液；五、将步骤三的细菌纤维素浆料真空抽滤成膜，然后加入复合材料分散液继续抽滤成膜，再放入真空干燥箱中进行干燥，制成细菌纤维素/活性碳纤维/石墨烯膜材料；其中细菌纤维素/活性碳纤维/石墨烯膜材料中细菌纤维素与步骤二的活性碳纤维的质量比为(15?1.5):1 ;细菌纤维素/活性碳纤维/石墨烯膜材料中细菌纤维素与步骤四中酸化的石墨烯的质量比为I: (0.02?0.2)。活性碳纤维具有良好的化学稳定性、导电性和赝电容储能特性，被认为是一种极具发展潜力的超级电容器电极材料。细菌纤维素，其薄膜具有超精细网状结构，裂解后的细菌纤维素可制作纳米碳纤维，所得活性碳纤维性能优良。细菌纤维素是通过微生物的发酵获得的，其性能优良、资源丰富、环境友好，薄膜具有超精细网状结构、高结晶度、高纯度、高机械强度，作为一种新兴的环境友好型材料成为国内外材料领域研究的热点，细菌纤维素含有大量的羟基，具有良好的亲水性，与其他水溶性的高分子容易发生氢键结合，因而细菌纤维素作为复合材本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种细菌纤维素/活性碳纤维/石墨烯膜材料的制备方法，其特征在于该方法按如下步骤进行：一、将细菌纤维素剪切成块浸泡在去离子水中超声洗涤，然后用液氮冷冻后进行冷冻干燥15～30h，获得备用细菌纤维素；二、将备用细菌纤维素置于管式炉中进行高温热解，即得活性碳纤维，然后向活性碳纤维中加入表面活性剂，再分散在去离子水中，得到活性碳纤维分散液；三、另取细菌纤维素剪切成块后浸泡在去离子水中超声洗涤，然后置于去离子水中，搅拌使其分散均匀，再转移到匀浆机中搅拌，得到细菌纤维素浆料；四、向酸化的石墨烯中加入表面活性剂，然后分散在去离子水中，得到石墨烯分散液；将石墨烯分散液加入到活性碳纤维分散液中，搅拌使石墨烯和活性碳纤维分散均匀，得到复合材料分散液；五、将步骤三的细菌纤维素浆料真空抽滤成膜，然后加入复合材料分散液继续抽滤成膜，再放入真空干燥箱中进行干燥，制成细菌纤维素/活性碳纤维/石墨烯膜材料；其中细菌纤维素/活性碳纤维/石墨烯膜材料中细菌纤维素与步骤二的活性碳纤维的质量比为(15～1.5):1；细菌纤维素/活性碳纤维/石墨烯膜材料中细菌纤维素与步骤四中酸化的石墨烯的质量比为1:(0.02～0.2)。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：袁国辉，刘荣，马丽娜，张芳平，黎恩源，张法宁，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江;23
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