一种用于热吸收传导的片层阵列复合材料及其制备和应用制造技术

本发明专利技术涉及一种新型片层阵列复合纳米材料，于石墨烯片层上担载有金属纳米粒子成核位点，于所述成核位点上原位生长有导电聚合物纳米簇阵列，是指于墨烯片层上向远离墨烯片层方向生长的导电聚合物纳米线构成导电聚合物纳米簇。这种材料具有一种纳米尺度片层结构，片层表面具有纳米阵列的二级结构，其可用于热导传感器、药物载体、热敏器件、光热治疗材料等领域。

A kind of laminated array composite for heat absorption and conduction and its preparation and Application

【技术实现步骤摘要】
一种用于热吸收传导的片层阵列复合材料及其制备和应用
本专利技术涉及一种新型片层阵列复合纳米材料，具体的说这种材料具有一种纳米尺度片层结构，片层表面具有纳米阵列的二级结构，其可用于热导传感器、药物载体、热敏器件、光热治疗材料等领域。本专利技术还涉及上述复合材料的制备方法。
技术介绍
具有多级纳米结构的导电材料在电子、能源、生物医药等领域具有巨大的应用潜力。石墨稀作为最新发现的一种碳的同素异形体，其独特的二维晶体结构赋予了它优异的电学、热学、力学性能，使其成为导热器件领域的热门材料。但我们同时也看到石墨稀所具有的片层结构，极易发生堆叠，难以有效地实现物质传递，在电极中的应用受到了极大的阻碍。因此，建立三维尺度的多级纳米结构，有可能突破其片层结构的限制，从而实现石墨稀材料的有效应用。以聚吡咯为代表的导电聚合物材料，是一种同时具有有机物性质与无机物性质的新型材料，在广泛的领域都有巨大的应用潜力。由于其通常采用自下而上的化学或电化学方法合成，其形貌结构可在纳米尺度实现有效的调控，易于实现与其他材料的复合制备。特别是其具有优异的光热转化效率，是一种独特的可用于光热治疗的新型材料。综上所述，设计并制备具有多级纳米结构的石墨稀/导电聚合物复合材料，有可能结合二者的在光生热与热传导方面的优势并克服彼此的缺陷，实现其在光热靶向治疗等领域的应用，具有重要的应用价值。本专利技术利用石墨稀材料的大比表面积与超高热导率这一特性，于其表面制备生长导电聚合物的电化学成核位点，并构建了石墨烯材料。然后采用电化学聚合方法，原位生长了聚吡咯纳米阵列，制备了多级的复合纳米结构。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种新型片层阵列复合材料，该材料由有纳米片层结构以及附着于片层表面的有序导电聚合物纳米阵列结构组成，该材料具有高电导率、大比表面积、高光吸收与热转化效率等优点，可用作热导传感器、药物载体、热敏器件、光热靶向治疗材料等中。为实现上述目的，本专利技术采用以下具体方案来实现：一种多级结构复合材料，包括由石墨烯材料，于石墨烯材料上担载有金属纳米粒子成核位点，于所述成核位点上原位生长有导电聚合物纳米簇阵列。所述金属纳米粒子为钯、铂、金、银、铱中的一种或两种以上合金的纳米粒子。贵金属纳米粒子在高电位的电化学环境中具有良好的稳定性，同时其对导电聚合物前体分子的吸附特性使得其可作为导电聚合物生长的成核位点。所述导电聚合物为聚吡咯、聚苯胺、聚噻吩、聚乙炔中的一种。此类导电聚合物可在水溶液电化学氧化条件下进行电化学聚合反应，从而实现纳米阵列的生长。所述复合材料中，石墨烯的质量含量为20-75％；导电聚合物的质量含量为5-50％；金属纳米粒子的质量含量为5-30％。所述导电聚合物纳米簇阵列的直径为10-500纳米，长度为20-2000纳米。所述多级结构复合材料的制备方法，包括以下步骤，(a)担载有金属纳米粒子成核位点石墨烯材料的制备：于水中加入氧化石墨、金属前体盐，超声1-4小时混合均匀后，挥发溶剂至溶液的固含量为0.5-20％，冷冻干燥后对其进行化学还原处理，得担载有金属纳米粒子成核位点的石墨烯材料；(b)多级结构复合材料的制备：于pH值范围为2-13的缓冲溶液中加入含有导电聚合物前体小分子和形貌导向剂的电解质溶液，以步骤(a)所得石墨烯材料涂覆至碳纤维基底上作为工作电极，在三电极体系中使导电聚合物的前体小分子电化学聚合至石墨烯材料的成核位点上，得片层阵列复合材料。步骤(a)所述贵金属前体盐为氯化钯、氯铂酸、氯化铱、氯化金、硝酸银中的一种或两种以上。步骤(a)所述氧化石墨的浓度为0.1-10mg/mL；所述贵金属前体盐中贵金属含量与氧化石墨的质量比为0.05-0.8。步骤(a)所述挥发溶剂的温度为50-80℃；所述冷冻干燥过程中，冷冻温度为零摄氏度以下，干燥条件为0-600Pa压力真空干燥，水的三相点压力为660Pa，当低于此临界压力时，水仅以固态和气态形式存在，从而可实现其升华的干燥过程；步骤(a)所述化学还原处理为氢还原、硼氢化钠还原、水合肼还原、真空热还原中的一种。步骤(b)所述导电聚合物前体小分子为吡咯、苯胺、噻吩、乙炔中的一种；导电聚合物前体小分子于电解质溶液中的浓度为0.01-0.2M。步骤(b)所述形貌导向剂为对甲苯磺酸钠、对甲苯磺酸、十二烷基苯磺酸中的一种或两种以上；所述形貌导向剂于电解质溶液中的浓度为0.01-0.5M。步骤(b)所述缓冲溶液优选为磷酸氢钠或磷酸二氢钠或磷酸氢二钠中的一种。步骤(b)所述电化学聚合过程为以铂片作为对电极，饱和甘汞电极作为参比电极，聚合电位相对饱和甘汞电极为0.6-0.9V，聚合时间为10-60分钟，聚合温度为5-80摄氏度。所述化学还原处理为氢还原时，具体为将冷冻干燥样品置于管式炉中，通入氢气含量为1-20％的氢气与惰性气体的混合气，流速为10-200mL/min，升温速率为1-10℃/min，目标温度为150-350℃，还原时间为1-8h。所述化学还原处理为硼氢化钠还原或水合肼还原，具体步骤为将冷冻干燥样品置于浓度为0.1-10M的硼氢化钠或水合肼的水溶液中，调节其pH值为10-14，20-80℃条件下反应0.2-6h，取出后用去离子水冲洗干净。所述化学还原处理为氢气热还原，具体步骤为将冷冻干燥样品置于管式炉中，通入氢气含量2-20％的氢氩混合气，流量为10-200mL/min，升温速率为1-10℃/min，目标温度为150-600℃，还原时间为1-8h。所述多极结构材料可用于热导传感器、药物载体、热敏器件、光热靶向治疗材料等领域。附图说明图1，本专利技术所述片层阵列复合材料的合成路线示意图。图2，一种采用本专利技术所述方法制备的片层阵列复合材料(实施例1)的扫描电镜(a)与透射电镜(b)照片。由图可以看出，采用本专利技术方法制备的片层阵列复合材料具有显著的片层与纳米线阵列结构，片层大小约为0.5-2微米，纳米线直径约为10-20纳米，长度约为50-100纳米。图3，一种采用本专利技术所述方法制备的片层阵列复合材料(实施例1)与对比例1、对比例2的红外吸收光谱曲线。由图可以看出，采用本专利技术方法制备的片层阵列复合材料具有显著提升的红外吸收能力。具体实施方式以下通过实例对本专利技术作详细描述，但本专利技术不仅限于以下实施例。实施例1：(a)担载有金属纳米粒子成核位点石墨烯材料的制备：于水中加入1mg/mL的氧化石墨、1mg/mL的氯铂酸，超声1小时混合均匀后，挥发溶剂至溶液的固含量为10％，冷冻干燥后对其进行化学还原处理，具体步骤为将冷冻干燥样品置于管式炉中，通入氢气含量5％的氢氩混合气，流量为100mL/min，升温速率为5℃/min，目标温度为200℃，还原时间为2h。得担载有金属纳米粒子成核位点的石墨烯材料；(b)多级结构复合材料的制备：于pH值约为7的磷酸缓冲溶液中加入含有导电聚合物前体小分子和形貌导向剂的电解质溶液，导本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于热吸收传导的片层阵列复合材料，于石墨烯片层上担载有金属纳米粒子成核位点，于所述成核位点上原位生长有导电聚合物纳米簇阵列，是指于墨烯片层上向远离墨烯片层方向生长的导电聚合物纳米线构成导电聚合物纳米簇。/n

【技术特征摘要】
1.一种用于热吸收传导的片层阵列复合材料，于石墨烯片层上担载有金属纳米粒子成核位点，于所述成核位点上原位生长有导电聚合物纳米簇阵列，是指于墨烯片层上向远离墨烯片层方向生长的导电聚合物纳米线构成导电聚合物纳米簇。


2.按照权利要求1所述复合材料，其特征在于：
所述金属纳米粒子为钯、铂、金、银、铱中的一种或两种以上、或其中两种以上金属合金的纳米粒子。


3.按照权利要求1所述复合材料，其特征在于：所述导电聚合物为聚吡咯、聚苯胺、聚噻吩、聚乙炔中的一种；所述导电聚合物纳米线的直径为10-500纳米，长度为20-2000纳米。


4.按照权利要求1-3任一所述复合材料，其特征在于：所述复合材料中，石墨烯的质量含量为20-75％；导电聚合物的质量含量为5-50％；金属纳米粒子的质量含量为5-30％。


5.一种权利要求1-4任一所述复合材料的制备方法，其特征在于：
(a)担载有金属纳米粒子成核位点石墨烯材料的制备：于水中加入氧化石墨、金属前体盐，超声1-4小时混合均匀后，挥发溶剂至溶液的固含量为0.5-20％，冷冻干燥后对其进行化学还原处理，得担载有金属纳米粒子成核位点的石墨烯材料；
(b)多级结构复合材料的制备：于pH值范围为2-13的缓冲溶液中加入含有导电聚合物前体小分子和形貌导向剂的电解质溶液，以步骤(a)所得石墨烯材料涂覆至碳纤维基底上作为工作电极，在三电极体系中使导电聚合物的前体小分子电化学聚合至石墨烯材料的成核位点上，得片层阵列复合材料。


6.按照权利要求5所述复合材料的制备方法，其特征在于：
步骤(a)所述金属前体盐为氯化钯、氯铂酸、氯化铱、氯化金、硝酸银中的一种或两种以上；步骤(a)所述氧化石墨的浓度为0.1-10mg/mL；所述贵金属前体盐中贵金属含量与氧化石墨的质量比为0.05-0.8。


7.按照权利要求5所述复合材料的制备方法，其特征在于：
步骤(a)所述挥发溶剂的温度为50-80℃；所述冷冻干燥过程中，冷冻温度为零摄...

【专利技术属性】
技术研发人员：王素力，夏章讯，孙公权，毛俊，
申请(专利权)人：中国科学院大连化学物理研究所，大连医科大学，
类型：发明
国别省市：辽宁;21