一种具有湿度响应的MXene-GO复合膜及其制备方法和应用技术

本发明专利技术涉及一种具有湿度响应的MXene‑GO复合膜及其制备方法和应用，所述复合膜具有层层堆叠结构，每一层为三明治结构，包括MXene片层以及分别位于MXene片层两侧的氧化石墨烯片层，所述MXene片层为Ti

【技术实现步骤摘要】
一种具有湿度响应的MXene-GO复合膜及其制备方法和应用
本专利技术属于智能驱动领域，具体涉及一种具有湿度响应的MXene-GO复合膜及其制备方法和应用。
技术介绍
智能材料是一种能够感知环境刺激(例如光，热，PH值，湿度)并产生相应响应的新型功能材料，是现代高技术新材料发展研究的重要方向之一，在人造肌肉、仿生机器人、自激活开关等新兴产业得到广泛应用。水是自然界中丰富而重要的资源，受水分或湿气刺激响应的智能执行器被认为是最有研究价值的执行器。目前，湿度驱动器通常采用不同材料组装多层来获得，这种制备过程较为复杂繁琐，不利于大规模生产。而且不对称应力存在于不同材料之间的界面中，多层致动器在运动过程中易受夹层差的影响导致脱层。而均质膜结构是解决上述问题的最佳方案，但目前对均质结构执行器的研究仍处于起步阶段。MXene是一种新型层状二维金属基碳化物材料。因具有丰富的表面官能团、大的比表面积、高的机械柔韧性、良好的导电性和易成膜性而倍受研究者的青睐，在超级电容器、净水、催化、电池、传感器等领域都有着广泛应用，现已有研究者初步探究了其在湿度制动器方面的应用，并验证了其作为湿度梯度驱动器的可行性。但单纯的MXene存在严重的层间堆叠现象，且在水/氧环境中极易氧化，不能长期稳定保存，现已发现MXene与其它材料进行掺杂能够得到一些性能更加优良的复合材料，因此可将MXene进行插层、改性、掺杂或与其他材料复合以阻止MXene堆叠，抑制其发生氧化，从而提高其稳定性能。GO是石墨烯基材料的重要衍生物之一，表面包含大量含氧官能团，具有亲水性，在潮湿或水性环境中易于溶胀。湿度制动的机理是基于材料响应湿度的变化发生膨胀行为。当湿度变化时，具有出色溶胀能力的材料可以充当驱动层，该驱动层自动提供动力以迫使湿度制动器弯曲。因此，GO是构建湿度制动器的最佳候选者之一。但是单纯的GO膜对湿度梯度的弯曲响应程度弱，在潮湿或水性环境中过易于溶胀，膜的稳定性差，不利于在高湿度条件下重复使用且不具备导电性能。因此，本申请致力于提供一种MXene-GO复合膜及其制备方法，可显著提高材料的湿度响应灵敏度，且由于MXene具有许多优良特性，使复合膜的应用领域更为广泛。专利CN106290507A公开了一种新型可喷墨印刷二维碳化钛/氧化石墨烯(Ti3C2/GO)复合材料的制备方法，包括；二维Ti3C2由HCl和LiF混合刻蚀Ti3AlC2制备；二维Ti3C2和氧化石墨烯(GO)混合，二维碳化钛/氧化石墨烯(Ti3C2/GO)传感器电极的喷墨印刷制备。具体包括以下步骤：1)把Ti3AlC(2＜40μm)按照球样比10:1球磨8h；2)将30mL6MHCl和1.98gLiF混合搅拌；3)将球磨后3gTi3AlC2加入上述混合液，混合液40℃磁力搅拌反应45h；4)用去离子水将上述混合液稀释40倍，离心；离心速度为7500rpm，离心时间为15min/次；5)收集沉淀，溶于去离子水，放入冰水浴中，进行超声；沉淀用于去离子水浓度约为2g沉淀溶于500mL去离子水；超声时间为2h，超声时通氮气除氧；6)超声完毕后，离心；离心速度为500rpm，离心时间为10min；7)将二维Ti3C2溶液和氧化石墨烯GO按照一定比例混合。该专利是用于过氧化氢电化学传感器领域。在制备方法上该专利研磨了MAX(Ti3AlC2)原相，使用盐酸浓度为6M，加入LiF1.98g，反应45h，反应结束稀释40倍，离心速度7500rmp，时间15min。这些方法与本专利技术的方法不同。该专利将MXene与GO以1：1复合后，磁力搅拌2h，水浴超声10min，通过喷墨印刷印制在导电基底上制备了电极去检测双氧水，并未规定二者复合前的浓度值，且复合时间均与本专利技术不同。CN106290507A专利的不足在于：1.GO本身导电性能差，以GO为载体复合MXene，可能会降低电化学检测活性。2.在MXene与GO复合的磁力搅拌及超声过程种未提及通入惰性气体(氮气)的步骤，这一过程中可能存在MXene氧化问题，影响检测活性。3.只对双氧水单种物质实现高灵敏度检测。专利CN108584939B公开了一种氧化石墨烯复合薄膜材料的制备方法。具体为：一、制备氧化石墨烯；二、制备混合溶液；三、制备TiC纳米片溶液；四、混合，真空抽滤，得到高介电的碳化钛/氧化石墨烯复合薄膜材料。该专利重点是在于氧化石墨烯与碳化钛复合膜的制备方法，涉及了氧化石墨烯的制备以及碳化钛的制备。其中，碳化钛的制备使用的浓硫酸进行刻蚀，刻蚀条件和时间均与本专利技术不同。该专利中刻蚀后洗涤至清洗液PH为中性，而本专利技术在刻蚀后洗涤至PH值为6即可。该专利还加入了N，N-二甲基乙酰胺，通入的惰性气体为氩气，并未规定二者复合前的浓度，以及二者片层厚度，且超声功率不同。该专利用布氏漏斗进行抽滤，采用室温自然晾干的方式。本专利技术采用的是砂芯漏斗进行抽滤，冷冻干燥得到产品。该专利仅提到制备介电膜材料，并未涉及用途。CN108584939B专利的不足在于：1.碳化钛的制备使用浓硫酸进行刻蚀反应过于剧烈，危险性大。2.从氧化石墨烯开始制备，整个制备流程过于复杂。3.用蒸馏水洗涤刻蚀后的固体物质可能引入一些杂质离子，影响最终产品质量。4.在碳化钛与GO复合搅拌超声的过程种未提及通入惰性气体的步骤，这一过程中可能存在碳化钛氧化问题，影响产品质量。5.碳化钛易氧化，室温晾干过程中碳化钛可能与空气中的水氧反应，影响产品质量。
技术实现思路
本专利技术的目的就是提供一种具有湿度响应的MXene-GO复合膜及其制备方法和应用。本专利技术的目的通过以下技术方案实现：一种具有湿度响应的MXene-GO复合膜，所述复合膜具有层层堆叠结构，每一层为三明治结构，包括MXene片层以及分别位于MXene片层两侧的氧化石墨烯片层，所述MXene片层为Ti3C2OX。所述复合膜中，MXene片层的质量分数为50-80％，优选为75％。所述MXene片层的厚度为1-3nm，所述氧化石墨烯片层的厚度为2-4nm。所述复合膜的质量为28-60mg。一种如上述所述的MXene-GO复合膜的制备方法，所述制备方法具体包括以下步骤：(1)取MAX(Ti3AlC2)，采用液体刻蚀法制备MXene溶液，并分散均匀；(2)取氧化石墨烯配置成GO溶液，并分散均匀；(3)将步骤(1)制得的MXene溶液加入到步骤(2)制得的GO溶液中，超声混合均匀，得到MXene-GO溶液；(4)将步骤(3)得到的MXene-GO溶液真空抽滤成膜，后干燥即得MXene-GO复合膜。步骤(1)中，MXene溶液的浓度为2mg/ml。步骤(1)中，采用超声15-30min进行分散。步骤(2)中，所述GO溶液的浓度为2mg/ml。步骤(2)中，采用超声进行分散，超声过程中加入惰性气体。所述惰性气体为氮气或氩气中的一种。步骤(3)中，在超声混合时通入惰性气体，超声时间为15-30min，超声功率为本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种具有湿度响应的MXene-GO复合膜，其特征在于，所述复合膜具有层层堆叠结构，每一层为三明治结构，包括MXene片层以及分别位于MXene片层两侧的氧化石墨烯片层，所述MXene片层为Ti

【技术特征摘要】
1.一种具有湿度响应的MXene-GO复合膜，其特征在于，所述复合膜具有层层堆叠结构，每一层为三明治结构，包括MXene片层以及分别位于MXene片层两侧的氧化石墨烯片层，所述MXene片层为Ti3C2OX。


2.根据权利要求1所述的一种具有湿度响应的MXene-GO复合膜，其特征在于，所述复合膜中，MXene片层的质量分数为50-80％。


3.根据权利要求1所述的一种具有湿度响应的MXene-GO复合膜，其特征在于，所述MXene片层的厚度为1-3nm，所述氧化石墨烯片层的厚度为2-4nm。


4.一种如权利要求1-3任一项所述的MXene-GO复合膜的制备方法，其特征在于，所述制备方法具体包括以下步骤：
(1)取MAX(Ti3AlC2)采用液体刻蚀法制备MXene溶液，并分散均匀；
(2)取氧化石墨烯配置成GO溶液，并分散均匀；
(3)将步骤(1)制得的MXene溶液加入到步骤(2)制得的GO溶液中，超声混合均匀，得到MXene-GO溶液；
(4)将步骤(3)得到的MXene-GO溶液真空抽滤成膜，后干燥即得MXene-GO复合膜。


5.根据权利要求4所述的一种MXene-GO复合膜的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，MXene溶液的...

【专利技术属性】
技术研发人员：张艳，贾广雯，章路，李玲，李辰星，
申请(专利权)人：上海工程技术大学，
类型：发明
国别省市：上海;31