一种基于牙齿的导电材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种基于牙齿的导电材料及其制备方法和应用，该导电材料为脱矿牙齿经石墨化后除去杂质得到的碳化牙粉，其制备方法至少包括一次如下步骤：在气体保护下，将脱矿牙齿在650～750℃至少保温1h，冷却后的产物依次用酸、水洗涤，再用碱液浸泡至少6小时，所得碳化牙粉被部分石墨化，存在大量微孔、介孔和大孔，以及定向微米级管状结构，有利于离子吸附和传输，作为导电材料具有巨大的潜力；此外，脱矿牙齿片表现出柔性特点，其牙本质小管能够保证离子的快速流通；本发明专利技术以浸满电解液的脱矿牙齿片作为柔性电解质、以碳化牙粉作为电极活性材料组装成的柔性超级电容器具有优异的比电容和倍率性能。电容和倍率性能。电容和倍率性能。

【技术实现步骤摘要】
一种基于牙齿的导电材料及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及超级电容器
，具体涉及一种基于牙齿的导电材料及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]柔性超级电容器因其具有充放电响应快、功率密度大、稳定性高等特点，在可穿戴设备领域广受关注。柔性超级电容器通常由碳基电极和准固态凝胶电解质组成，通过凝胶电解质中的正负离子在电极/电解质界面形成双层结构来存储能量。目前，用于制作电极和凝胶电解质的原材料通常不可再生、难降解、高成本，并且还涉及复杂的制造工艺。

技术实现思路

[0003]专利技术人发现脱矿牙齿高温处理后被部分石墨化，存在大量微孔、介孔和大孔，以及定向微米级管状结构，从而有利于离子吸附和传输，作为导电材料具有巨大的潜力；此外，脱矿牙齿片具有柔性特点，且牙本质小管结构得以保留，能够保证离子的快速流通；本专利技术以浸满电解液的脱矿牙齿片作为柔性电解质、以碳化牙粉作为电极活性材料组装成柔性超级电容器，该柔性超级电容器表现出优异的比电容和倍率性能。
[0004]本专利技术提供的技术方案具体如下：
[0005]第一方面，本专利技术提供一种基于牙齿的导电材料，该导电材料为脱矿牙齿经石墨化后除去杂质得到的碳化牙粉，该碳化牙粉由于残留羟基磷灰石的存在，只能部分石墨化，但存在大量微孔、介孔和大孔，以及定向微米级管状结构，有利于离子吸附和传输，作为导电材料具有巨大的潜力。
[0006]在上述技术方案的基础上，脱矿牙齿由未脱矿的牙齿在牙齿脱矿液中浸泡至少24小时得到，牙齿脱矿液含有盐酸、磷酸、硝酸、硫酸中的一种或多种，牙齿脱矿液还可包含EDTA。
[0007]在上述技术方案的基础上，牙齿为哺乳动物牙齿。
[0008]在上述技术方案的基础上，使脱矿牙齿石墨化的方法至少包括一次以下步骤：在气体保护下，使脱矿牙齿在650～750℃保温至少1h。
[0009]在上述技术方案的基础上，脱矿牙齿在650～750℃保温之前，使脱矿牙齿从室温升温至250～300℃并保温20～60min，然后升温至650～750℃。
[0010]在上述技术方案的基础上，除去杂质的方法为：依次用酸、水洗涤脱矿牙齿的石墨化产物，再用碱液浸泡至少6小时。
[0011]第二方面，本专利技术提供上述基于牙齿的导电材料作为电极材料的应用。
[0012]第三方面，本专利技术提供一种制备基于牙齿的导电材料的方法，至少包括一次如下步骤：在气体保护下，将脱矿牙齿在650～750℃至少保温1h，冷却后的产物依次用酸、水洗涤，再用碱液浸泡至少6小时。
[0013]第四方面，本专利技术提供一种基于牙齿的柔性超级电容器，包括正负电极以及夹在
正负电极之间的导电胶片：其中：
[0014]正负电极的活性物质为上述基于牙齿的导电材料；
[0015]导电胶片为浸满电解液的脱矿牙齿片，夹在正负电极之间的脱矿牙齿片的牙本质小管垂直于正负电极。
[0016]在上述技术方案的基础上，上述基于牙齿的超级电容器通过如下方法制备而成：将导电材料粉体与乙炔黑、聚偏氟乙烯树脂混合后加入甲基吡咯烷酮，搅拌均匀后涂覆于碳布上，烘干，得到电极；将导电胶片夹在两片电极之间，使用铝塑膜包裹，先用热封机封口，再用石蜡封装缝隙，即成。
[0017]本专利技术具有以下优点和有益效果：
[0018]1、本专利技术提供的导电材料为脱矿牙齿石墨化得到的碳化牙粉，多尺度的多孔结构有利于离子在电极上吸附和存储，在储能领域具有巨大的应用潜力。
[0019]2、本专利技术提供的柔性超级电容器以浸满电解液的脱矿牙齿片作为柔性电解质、以碳化牙粉作为电极活性材料，该柔性超级电容器表现出优异的比电容和倍率性能。
[0020]3、本专利技术以动物牙齿为主要原材料制备柔性超级电容器，自然资源丰富、可再生、环境友好、低成本，操作方法简单。
附图说明
[0021]图1为实施例1制备的脱矿牙齿片的实物照片(a)和扫描电镜图(b)。
[0022]图2为实施例1制备的碳化牙粉的扫描电镜图(a)和拉曼数据(b)。
[0023]图3为实施例1制备的碳化牙粉的XRD光谱(a)和氮吸附/脱附曲线(b)。
[0024]图4为实施例1制备的柔性超级电容器的CV曲线(a)和GCD曲线(b)。
[0025]图5为实施例1制备的柔性超级电容器的充/放电表现(a)和弯曲表现(b)。
具体实施方式
[0026]为更好的理解本专利技术，下面的实施例是对本专利技术的进一步说明，但本专利技术的内容不仅仅局限于下面的实施例。
[0027]本专利技术采用的牙齿为脊椎动物牙齿，特别是哺乳动物牙齿，譬如人类、牛、猪和羊的牙齿，如无特殊说明，以下实施例中的牙齿均采用牛的磨牙。
[0028]大多数脊椎动物的牙齿由最外层的牙釉质、中间的牙本质和内部的牙髓组成。牙本质是牙齿的主要结构，以矿化胶原纤维形式组成，矿化胶原纤维进一步围绕形成牙本质小管，这种复杂的层次结构赋予牙本质韧性和坚固性，从而保持牙齿的结构完整性。本专利技术中，牙齿脱矿后保留的主要结构即牙本质，采用的脱矿方法为牙齿脱矿液浸泡，所使用的牙齿脱矿液为浓度为1％
‑
10％的盐酸溶液、磷酸溶液和EDTA溶液中的一种；牙齿脱矿液浸泡时间为1天
‑
3天。
[0029]以下实施例中盐酸溶液洗涤是为去除碳化牙粉中残余未碳化的羟基磷灰石，KOH溶液浸泡是为了去除碳化牙粉中残余的胶原等有机物。
[0030]实施例1
[0031](1)将牛的磨牙清洗干净后，使用慢速锯在水冷条件下沿垂直于牙齿生长的方向切割出厚度为1mm的牙齿片，剩余部位切成2*2*2cm3的牙齿块。
[0032](2)将牙齿片和牙齿块分别浸泡于牙齿脱矿液(2％的盐酸溶液)中；牙齿片脱矿24h，得到脱矿牙齿片；牙齿块脱矿48h，得到脱矿牙齿块。
[0033](3)将脱矿牙齿片浸入浓度为2mol/L氯化锂溶液中，在2℃下浸泡24h，得到浸满电解液的脱矿牙齿片。
[0034](4)将脱矿牙齿块放入管式炉中，在氮气保护下以5℃/min的速度从室温加热到280℃并保持0.5h，然后以5℃/min的速度进一步加热到700℃并保持1h，产物冷却后用2％的盐酸溶液和去离子水洗涤，再于室温下在0.25mol/L的KOH溶液中浸泡8h。
[0035](5)重复步骤(4)一次，然后将产物磨成粒径为10
‑
100μm的碳化牙粉；
[0036](6)将碳化牙粉与乙炔黑、聚偏氟乙烯树脂以8:1:1的质量比充分混合，滴加甲基吡咯烷酮，搅拌均匀后涂覆于碳布上，以60℃烘干1h，得到电极。
[0037](7)在两电极间夹一片浸满电解液的脱矿牙齿片，然后采用铝塑膜包裹先用热封机封口，再用石蜡封装缝隙，得到柔性超级电容器。
[0038]图1是步骤(2)得到的脱矿牙齿片的实物照片(a)和扫描电镜图(b)。图1(a)显示了脱矿牙齿片外观为半透明乳白色，由于脱矿作用，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于牙齿的导电材料，其特征在于：该导电材料为脱矿牙齿经石墨化后除去杂质得到的碳化牙粉。2.根据权利要求1所述的基于牙齿的导电材料，其特征在于：所述脱矿牙齿由未脱矿的牙齿在牙齿脱矿液中浸泡至少24小时得到，所述牙齿脱矿液含有盐酸、磷酸、硝酸、硫酸中的一种或多种。3.根据权利要求2所述的基于牙齿的导电材料，其特征在于：所述牙齿为哺乳动物牙齿。4.根据权利要求1所述的基于牙齿的导电材料，其特征在于：使脱矿牙齿石墨化的方法至少包括一次以下步骤：在气体保护下，使脱矿牙齿在650～750℃保温至少1h。5.根据权利要求4所述的基于牙齿的导电材料，其特征在于：脱矿牙齿在650～750℃保温之前，使脱矿牙齿从室温升温至250～300℃并保温20～60min，然后升温至650～750℃。6.根据权利要求1所述的基于牙齿的导电材料，其特征在于：除去杂质的方法为：依次用酸、水洗涤脱矿牙齿的石墨化产物，再用碱液浸泡至少6小时。...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨宏业，吕昂，秦超然，
申请(专利权)人：武汉大学，
类型：发明
国别省市：