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一種石墨烯/氧化鋅納米線陣列/三維泡沫石墨烯復(fù)合材料的制備及應(yīng)用的制作方法

文檔序號(hào):11092957閱讀:來(lái)源:國(guó)知局

技術(shù)特征:

1.一種石墨烯/氧化鋅納米線陣列/三維泡沫石墨烯復(fù)合材料的制備方法,其特征在于石墨烯/氧化鋅納米線陣列/三維泡沫石墨烯復(fù)合材料的制備方法是按以下步驟進(jìn)行的:

一、化學(xué)氣相沉積法

1)將泡沫鎳置于石英管式爐中央,在氬氣和氫氣的保護(hù)下從室溫以10 ℃/min~30 ℃/min的升溫速率加熱至溫度為900 ℃~1200 ℃,并在溫度為900 ℃~1200 ℃的條件下保溫30min~60min,在溫度為900 ℃~1200 ℃的條件下向管式爐中以5 sccm~10 sccm的速率通入甲烷氣體5 min~20 min,然后將石英管式爐以70 ℃/min~90℃/min的冷卻速率從溫度為900 ℃~1200 ℃冷卻至室溫,得到被石墨烯包覆的泡沫鎳;步驟一1)中所述的泡沫鎳密度為420 g/m2~440 g/m2,厚度為1.5 mm~2.0 mm;步驟一1)中所述的氬氣的流速為450 sccm~550 sccm,氫氣的流速為150 sccm~250 sccm;

2)將聚甲基丙烯酸甲酯加入乳酸乙酯中,在溫度為80 ℃~120 ℃的條件下加熱攪拌1 h~2 h得到混合溶液,按每平方厘米有100 μL~200μL的使用量利用加樣槍將混合溶液滴加到步驟一1)得到的被石墨烯包裹的泡沫鎳表面上,在室溫下自然干燥,然后在溫度為150 ℃~200 ℃的條件下保溫0.5h~1h得到表面包覆聚甲基丙烯酸甲酯的泡沫石墨烯;步驟一2)中所述的混合溶液中甲基丙烯酸甲酯的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為4 %~5 %;

3)將步驟一2)得到的表面包覆聚甲基丙烯酸甲酯的泡沫石墨烯切割成表面積為0.5 cm2~2 cm2的立方體,并完全浸泡于溫度為80 ℃~90 ℃、濃度為3mol/L~4 mol/L的鹽酸溶液中4 h~6 h得到去除鎳的三維泡沫石墨烯;

4)將步驟一3)得到的去除鎳的三維泡沫石墨烯浸泡于溫度為50 ℃~80 ℃的丙酮中1 h~2 h,得到去除聚甲基丙烯酸甲酯的泡沫石墨烯,然后用蒸餾水將去除聚甲基丙烯酸甲酯的泡沫石墨烯清洗干凈,然后將清洗干凈的去除聚甲基丙烯酸甲酯的泡沫石墨烯移到干凈的ITO玻璃上;干燥后,按每平方厘米有50 μL~120 μL 的使用量利用加樣槍將氧化鋅種子層溶液滴加到清洗干凈的去除聚甲基丙烯酸甲酯的泡沫石墨烯上,再置于溫度為150 ℃~200 ℃的條件下保溫20 min~30 min,得到預(yù)制有氧化鋅種子層的三維泡沫石墨烯/ITO玻璃;步驟一4)中所述的干凈的ITO 玻璃是先后依次在丙酮中超聲清洗10 min~20 min,乙醇中超聲清洗10 min~20 min 和去離子水中超聲清洗10 min~20 min,在室溫下自然干燥得到的;步驟一4)中所述的氧化鋅種子層溶液是按以下步驟合成的:將醋酸鋅溶于甲醇中,然后以400 r/min~500 r/min的轉(zhuǎn)速磁力攪拌2 min~5 min,得到氧化鋅種子層溶液,其中所述的氧化鋅種子層溶液中醋酸鋅的濃度為0.01 mol/L~0.05mol/L;

二、水熱合成法

1)用蒸餾水作為溶劑分別配制濃度為0.05 mol/L~0.1 mol/L 的硝酸鋅溶液、0.05 mol/L~0.1 mol/L 的六亞甲基四胺溶液、0.1 mol/L~0.5m ol/L 的氨水溶液和1 mmol/L~5 mmol/L 的聚醚酰亞胺溶液,并將四種溶液混合均勻后以450 r/min~550 r/min 的轉(zhuǎn)速磁力攪拌3 min~5m in 得到水熱反應(yīng)溶液;

2)將步驟二1)得到的水熱反應(yīng)溶液倒入反應(yīng)釜中,然后將步驟一4)得到的預(yù)制有氧化鋅種子層的三維泡沫石墨烯/ITO 玻璃倒立放置于反應(yīng)釜中的混合溶液中,蓋上反應(yīng)釜蓋子,在90 ℃~120 ℃的溫度條件下反應(yīng)8 h~12 h,然后取出在空氣中自然冷卻至室溫,得到復(fù)合材料,打開(kāi)反應(yīng)釜用蒸餾水將復(fù)合材料清洗干凈,并于400 ℃~500 ℃下保溫1 h~2 h,隨爐冷卻至室溫,由此得到氧化鋅納米線陣列/ 三維泡沫石墨烯復(fù)合材料;

三、化學(xué)氣相沉積法

將步驟二2)中得到的氧化鋅納米線陣列/三維泡沫石墨烯復(fù)合材料置于石英管式爐中央,在氬氣的保護(hù)下從室溫以10 ℃/min~30 ℃/min的升溫速率加熱至溫度為600 ℃~800 ℃,并在溫度為600 ℃~800 ℃的條件下保溫40 min~60 min,在溫度為600 ℃~800 ℃的條件下向管式爐中以5 sccm~10 sccm的速率通入甲烷氣體10 min~20 min,然后將石英管式爐以20 ℃/min~40 ℃/min的冷卻速率從溫度為600℃~800℃冷卻至室溫,得到石墨烯/氧化鋅納米線陣列/三維泡沫石墨烯復(fù)合材料,步驟一1)中所述的氬氣的流速為450 sccm~550 sccm。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種石墨烯/氧化鋅納米線陣列/三維泡沫石墨烯復(fù)合材料的制備方法,其特征在于步驟一1)中將泡沫鎳置于石英管式爐中央,在氬氣和氫氣的保護(hù)下從室溫以10 ℃/min~30 ℃/min的升溫速率加熱至溫度為900 ℃~1200 ℃,并在溫度為900 ℃~1200 ℃的條件下保溫30 min~60 min,在溫度為900 ℃~1200 ℃的條件下向管式爐中以5 sccm~10 sccm的速率通入甲烷氣體5 min~20 min,然后將石英管式爐以70 ℃/min~90 ℃/min的冷卻速率從溫度為900 ℃~1200 ℃冷卻至室溫,得到被石墨烯包覆的泡沫鎳;步驟一1)中所述的泡沫鎳密度為420 g/m2~440 g/m2,厚度為1.5 mm~2.0 mm;步驟一1)中所述的氬氣的流速為450 sccm~550 sccm,氫氣的流速為150 sccm~250 sccm。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種石墨烯/氧化鋅納米線陣列/三維泡沫石墨烯復(fù)合材料的制備方法,其特征在于步驟一2)中將聚甲基丙烯酸甲酯加入乳酸乙酯中,在溫度為80 ℃~120 ℃的條件下加熱攪拌1 h~2 h得到混合溶液,按每平方厘米有100 μL~200 μL的使用量利用加樣槍將混合溶液滴加到步驟一1)得到的被石墨烯包裹的泡沫鎳表面上,在室溫下自然干燥,然后在溫度為150 ℃~200 ℃的條件下保溫0.5 h~1 h得到表面包覆聚甲基丙烯酸甲酯的泡沫石墨烯;步驟一2)中所述的混合溶液中甲基丙烯酸甲酯的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為4 %~5 %。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種石墨烯/氧化鋅納米線陣列/三維泡沫石墨烯復(fù)合材料的制備方法,其特征在于步驟一3)中將步驟一2)得到的表面包覆聚甲基丙烯酸甲酯的泡沫石墨烯切割成表面積為0.5 cm2~2 cm2的立方體,并完全浸泡于溫度為80 ℃~90 ℃、濃度為3 mol/L~4 mol/L的鹽酸溶液中4h~6h得到去除鎳的三維泡沫石墨烯。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種石墨烯/氧化鋅納米線陣列/三維泡沫石墨烯復(fù)合材料的制備方法,其特征在于步驟一4)中將步驟一3)得到的去除鎳的三維泡沫石墨烯浸泡于溫度為50℃~80℃的丙酮中1h~2h,得到去除聚甲基丙烯酸甲酯的泡沫石墨烯,然后用蒸餾水將去除聚甲基丙烯酸甲酯的泡沫石墨烯清洗干凈,然后將清洗干凈的去除聚甲基丙烯酸甲酯的泡沫石墨烯移到干凈的ITO玻璃上;干燥后,按每平方厘米有50 μL~120 μL 的使用量,利用加樣槍將氧化鋅種子層溶液滴加到清洗干凈的去除聚甲基丙烯酸甲酯的泡沫石墨烯上,再置于溫度為150 ℃~200 ℃的條件下保溫20 min~30 min,得到預(yù)制有氧化鋅種子層的三維泡沫石墨烯/ITO玻璃;步驟一4)中所述的干凈的ITO 玻璃是先后依次在丙酮中超聲清洗10 min~20 min,乙醇中超聲清洗10 min~20 min 和去離子水中超聲清洗10 min~20 min,在室溫下自然干燥得到的;步驟一4)中所述的氧化鋅種子層溶液是按以下步驟合成的:將醋酸鋅溶于甲醇中,然后以400 r/min~500 r/min 的轉(zhuǎn)速磁力攪拌2 min~5 min,得到氧化鋅種子層溶液,其中所述的氧化鋅種子層溶液中醋酸鋅的濃度為0.01 mol/L~0.05 mol/L。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種石墨烯/氧化鋅納米線陣列/三維泡沫石墨烯復(fù)合材料的制備方法,其特征在于將步驟二1)中用蒸餾水作為溶劑分別配制濃度為0.05 mol/L~0.1 mol/L的硝酸鋅溶液、0.05 mol/L~0.1 mol/L的六亞甲基四胺溶液、0.1 mol/L~0.5 mol/L的氨水溶液和1 mmol/L~5 mmol/L的聚醚酰亞胺溶液,并將四種溶液混合均勻后以450 r/min~550 r/min的轉(zhuǎn)速磁力攪拌3 min~5 min 得到水熱反應(yīng)溶液。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種石墨烯/氧化鋅納米線陣列/三維泡沫石墨烯復(fù)合材料的制備方法,其特征在于將步驟二1)得到的水熱反應(yīng)溶液倒入反應(yīng)釜中,然后將步驟一4)得到的預(yù)制有氧化鋅種子層的三維泡沫石墨烯/ITO玻璃倒立放置于反應(yīng)釜中的混合溶液中,蓋上反應(yīng)釜蓋子,在90 ℃~120 ℃的溫度條件下反應(yīng)8 h~12 h,然后取出在空氣中自然冷卻至室溫,得到復(fù)合材料,打開(kāi)反應(yīng)釜用蒸餾水將復(fù)合材料清洗干凈,并于400 ℃~500 ℃下保溫1 h~2 h,隨爐冷卻至室溫,由此得到氧化鋅納米線陣列/三維泡沫石墨烯復(fù)合材料。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種石墨烯/氧化鋅納米線陣列/三維泡沫石墨烯復(fù)合材料的制備方法,其特征在于將步驟三中將步驟二2)中得到的氧化鋅納米線陣列/三維泡沫石墨烯復(fù)合材料置于石英管式爐中央,在氬氣的保護(hù)下從室溫以10℃/min~30℃/min的升溫速率加熱至溫度為600 ℃~800 ℃,并在溫度為600℃~800℃的條件下保溫40min~60min,在溫度為600 ℃~800 ℃的條件下向管式爐中以5 sccm~10 sccm的速率通入甲烷氣體10 min~20 min,然后將石英管式爐以20 ℃/min~40 ℃/min的冷卻速率從溫度為600 ℃~800 ℃冷卻至室溫,得到石墨烯/氧化鋅納米線陣列/三維泡沫石墨烯復(fù)合材料,步驟一1)中所述的氬氣的流速為450 sccm~550 sccm。

9.一種石墨烯/氧化鋅納米線陣列/三維泡沫石墨烯復(fù)合材料的應(yīng)用,其特征在于石墨烯/氧化鋅納米線陣列/三維泡沫石墨烯復(fù)合材料作為工作電極,在生物傳感器中使用。

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