基于石墨烯的高响应温度测定材料及其制备方法与应用技术

本发明专利技术属于材料技术领域，具体涉及基于石墨烯的高响应温度测定材料及其制备方法与应用。该材料包括石墨烯纳米片分散液和有机溶剂，所述石墨烯纳米片和分散剂的质量比为0.03～0.12:1，石墨烯纳米片和有机溶剂质量体积比为1～1.5mg/mL；所述有机溶剂包括N‑甲基吡咯烷酮；所述分散剂为聚乙烯吡咯烷酮。本发明专利技术的利用石墨烯导热、透光的各向异性，制备基于石墨烯的高响应温度指示材料，实现温度的精准、快速的测量，解决工程应用中温度测量的问题。

High Response Temperature Measurement Material Based on Graphene and Its Preparation Method and Application

The invention belongs to the field of material technology, in particular to a high response temperature measuring material based on graphene and its preparation method and application. The material includes graphene nanosheet dispersion solution and organic solvent, the mass ratio of graphene nanosheet and dispersant is 0.03-0.12:1, the mass-volume ratio of graphene nanosheet and organic solvent is 1-1.5mg/mL, the organic solvent includes N_methyl pyrrolidone, and the dispersant is polyvinylpyrrolidone. The present invention utilizes the anisotropy of graphene heat conduction and light transmission to prepare high response temperature indicator material based on graphene, realizes accurate and fast temperature measurement, and solves the problem of temperature measurement in engineering application.

【技术实现步骤摘要】
基于石墨烯的高响应温度测定材料及其制备方法与应用
本专利技术属于材料
，涉及温度响应测定材料，具体涉及基于石墨烯的高响应温度测定材料及其制备方法与应用。
技术介绍
目前常用的测温方式有接触式测温和非接触式测温。接触法测温，即：两个物体接触后，经过足够长的时间达到热平衡，它们的温度必然相等。如果其中之一为温度计，就可以用它对另一个物体实现温度测量。其特点是，温度计要与被测物体有良好的热接触，使两者达到热平衡。因此，测温准确度较高。用接触法测温时，感温元件要与被测物体接触，往往要破坏被测物体的热平衡状态，并受被测介质的腐蚀作用。因此对感温元件的结构、性能要求苛刻。另一种测温方式是非接触测温，即：利用物体的热辐射能随温度变化的原理测定物体温度。它的特点是：不与被测物体接触，也不改变被测物体的温度分布，热惯性小。从原理上看，用这种方法测温上限很高。通常用来测定1000℃以上的移动、旋转或反应迅速的高温物体的表面温度。接触法测温的精确度较高，误差通常在0.5％～1％，缺点是测量条件较为苛刻，温度相应时间较长，通常1～3分钟；非接触法的相应时间短，通常为10秒左右，但是缺点是误差较大，通常误差在20～50℃。石墨烯作为是一种由碳原子以sp2杂化轨道组成六角形蜂窝状晶格结构的二维晶体薄膜，仅有一个碳原子厚度，其面内热导率理论预测达到6000W/(m·K),是普通导热材料的10-20倍(常温热导率：铜393.6W/(m·K)；铝238.6W/(m·K))。因此石墨烯复合有机导热材料可以实现极高的导热性能。此外，石墨烯的反射率很小，每增加一层石墨烯，薄膜的透光度降低2.3％，且不受入射光波长的影响，调控栅压可以改变石墨烯的透光度。具有良好定向排布性的石墨烯具有仅吸收不超过3％的可见光和红外波的超高透光性和超宽谱适应性。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术存在的上述缺陷，利用石墨烯导热、透光的各向异性，制备基于石墨烯的高响应温度指示材料，实现温度的精准、快速的测量，解决工程应用中温度测量的问题。本专利技术是采用以下的技术方案实现的：一种基于石墨烯的高响应温度测定材料，该材料由石墨烯纳米片、分散剂和有机溶剂制备而成，所述石墨烯纳米片和分散剂的质量比为0.03～0.12:1，石墨烯纳米片和有机溶剂质量体积比为1～1.5mg/mL；所述有机溶剂为N-甲基吡咯烷酮；所述分散剂为聚乙烯吡咯烷酮。具体地，所述石墨烯纳米片为非氧化石墨烯的层状堆积体。本专利技术提供了一种上述基于石墨烯的高响应温度测定材料的制备方法，包括以下步骤：(1)将高定向热解石墨分散于分散剂中，利用直接液相剥离法制备非氧化还原的石墨烯纳米片分散液；(2)将步骤(1)制得的石墨烯纳米片分散液与有机溶剂混合，搅拌使其均匀混合成高响应温度测定材料。上述步骤(1)中直接液相剥离法，包括以下步骤：将高定向热解石墨鳞片加入少量乙醇中清洗数次，洗去杂质，再将洗静后的石墨鳞片和聚乙烯吡咯烷酮按照一定质量比，并按照石墨鳞片1mg/L的比例加入到相应体积的热熔胶中，连续超声48～72小时，静置后取上层，在7000rpm下离心0.5～1小时，吸取清液后继续超声10～12小时，获得石墨烯纳米片分散液。其中，步骤(1)洗静后的石墨鳞片和聚乙烯吡咯烷酮质量比1:100。本专利技术还提供一种基于上述方法制备的基于石墨烯的高响应温度测定材料的应用，用于制备温度测量装置。应用上述高响应温度测定材料的温度测量装置，包括导热部件、感应线圈、光学感应部件；所述导热部件为长方体结构，包括密封钢化玻璃，以及密封在钢化玻璃内部空腔的高响应温度测定材料，所述材料完全充满密封钢化玻璃内部空腔；所述感应线圈包括缠绕于钢化玻璃侧部的一个垂直线圈，垂直线圈的中轴线垂直于钢化玻璃的长边和宽边组成的平面，并与钢化玻璃的高边平行，垂直线圈的两端分别设置有连接电源正极和负极的导线；所述光学感应部件包括透光率测试仪、光线接收屏、透光率信号处理器和温度显示仪，透光率测试仪和光线接收屏分别设置于导热部件的两侧，紧密贴合于钢化玻璃的长边和宽边组成的平面，光线接收屏与待测物体位于导热部件的同侧；透光率信号处理器分别连接透光率测试仪、光线接收屏和温度显示仪。进一步的，所述垂直线圈的匝数为5～50匝。与现有技术相比，本专利技术取得的有益效果是：(1)本专利技术提供的高响应温度指示材料与传统的固体材料不同，是一种掺杂有石墨烯的有机溶液，相对于固体导热材料，其导热性大幅提升。(2)本专利技术通过非固态石墨烯复合材料的超高导热性，对温度迅速响应，使得石墨烯有机溶剂的温度与测定对象的温度无延时的保持一致，当有机溶剂温度升高，内部温度梯度增大，其对流强度增大，使得石墨烯的定向性降低而使得有机溶剂的透光率随之降低，再通过感光元件将透光率和温度建立联系，进而实现温度测定的目的。(3)本专利技术还提供了一种利用该高响应温度指示材料的温度测量装置，可对温度范围20℃～300℃温度范围内的任意温度进行精确快速的测量。附图说明图1是本专利技术温度测量装置使用状态示意图；图2是本专利技术温度测量装置导热部件和感应线圈正面结构示意图；图3是本专利技术温度测量装置导热部件和感应线圈侧面结构示意图；图4是本专利技术温度测量装置导热部件和感应线圈剖视图。图中各标记如下：1导线、2导线、3感应线圈、4钢化玻璃、5高响应温度测定材料、6待测物体、7透光率测试仪、8透光率信号处理器、9温度显示仪、10光线接收屏。具体实施方式下面通过具体实施例对本专利技术的方法进行说明，但本专利技术并不局限于此。下述实施例中所述实验方法，如无特殊说明，均为常规方法；所述试剂和材料，均采用分析纯试剂，如无特殊说明，均可从商业途径获得。一、制备高响应温度指示材料实施例1(1)将200mg石墨鳞片加入少量乙醇中清洗数次，洗去杂质，再将洗静后的石墨鳞片和20g聚乙烯吡咯烷酮一并加入200L的N-甲基吡咯烷酮中，连续超声72小时，静置后取上层，在7000rpm下离心1小时，吸取清液后继续超声12小时，获得石墨烯分散液，分散液中石墨烯纳米片的浓度10mg/mL。(2)将石墨烯纳米片的分散液与聚乙烯吡咯烷酮混合，搅拌使其均匀混合成石墨烯有机混合物，控制石墨烯纳米片和有机溶剂质量体积比为1～1.5mg/mL。实施例2(1)将150mg石墨鳞片加入少量乙醇中清洗数次，洗去杂质，再将洗静后的石墨鳞片和15g聚乙烯吡咯烷酮一并加入150L的N-甲基吡咯烷酮中，连续超声64小时，静置后取上层，在7000rpm下离心1小时，吸取清液后继续超声12小时，获得石墨烯分散液，分散液中石墨烯纳米片的浓度5mg/mL。(2)将石墨烯纳米片的分散液与聚乙烯吡咯烷酮混合，搅拌使其均匀混合成石墨烯有机混合物，石墨烯纳米片和有机溶剂质量体积比为1～1.5mg/mL。实施例3(1)将100mg石墨鳞片加入少量乙醇中清洗数次，洗去杂质，再将洗静后的石墨鳞片和10g聚乙烯吡咯烷酮一并加入100L的N-甲基吡咯烷酮中，连续超声48小时，静置后取上层，在7000rpm下离心1小时，吸取清液后继续超声12小时，获得石墨烯分散液，分散液中石墨烯纳米片的浓度2mg/mL。(2)将石墨烯纳米片的分散液与聚乙烯吡咯烷酮混合，搅拌使其均匀混合成石墨烯有机混合物，控制石墨烯纳米片和有机溶剂质量本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于石墨烯的高响应温度测定材料，其特征在于，该材料由石墨烯纳米片、分散剂和有机溶剂制备而成，所述石墨烯纳米片和分散剂的质量比为0.03～0.12:1，石墨烯纳米片和有机溶剂质量体积比为1～1.5mg/mL；所述有机溶剂为N‑甲基吡咯烷酮；所述分散剂为聚乙烯吡咯烷酮。

【技术特征摘要】
1.一种基于石墨烯的高响应温度测定材料，其特征在于，该材料由石墨烯纳米片、分散剂和有机溶剂制备而成，所述石墨烯纳米片和分散剂的质量比为0.03～0.12:1，石墨烯纳米片和有机溶剂质量体积比为1～1.5mg/mL；所述有机溶剂为N-甲基吡咯烷酮；所述分散剂为聚乙烯吡咯烷酮。2.根据权利要求1所述的基于石墨烯的高响应温度测定材料，其特征在于，所述石墨烯纳米片为非氧化石墨烯的层状堆积体。3.根据权利要求2所述的基于石墨烯的高响应温度测定材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将高定向热解石墨分散于分散剂中，利用直接液相剥离法制备非氧化还原的石墨烯纳米片分散液；(2)将步骤(1)制得的石墨烯纳米片分散液与有机溶剂混合，搅拌使其均匀混合成高响应温度测定材料。4.根据权利要求3所述的基于石墨烯的高响应温度测定材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中直接液相剥离法，包括以下步骤：将高定向热解石墨鳞片加入少量乙醇中清洗数次，洗去杂质，再将洗静后的石墨鳞片和聚乙烯吡咯烷酮按照一定质量比，并按照石墨鳞片1mg/L的比例加入到相应体积的N-甲基吡咯烷酮中，连续超声48～72小时，静置后取上层，在7000rpm下离心0.5～1小时，吸取清液后继续超声10～12小时，获得石墨烯纳米片分散液。5.根据权利要求4所述的基于石墨烯的高响应温度测定材料...

【专利技术属性】
技术研发人员：田博，李俊竺，董豪聪，王洪炜，
申请(专利权)人：厦门十一维科技有限公司，
类型：发明
国别省市：福建,35