一种石墨烯/氧化锌纳米线阵列/三维泡沫石墨烯复合材料的制备及应用的制作方法

文档序号:11092957阅读:来源:国知局

技术特征:

1.一种石墨烯/氧化锌纳米线阵列/三维泡沫石墨烯复合材料的制备方法,其特征在于石墨烯/氧化锌纳米线阵列/三维泡沫石墨烯复合材料的制备方法是按以下步骤进行的:

一、化学气相沉积法

1)将泡沫镍置于石英管式炉中央,在氩气和氢气的保护下从室温以10 ℃/min~30 ℃/min的升温速率加热至温度为900 ℃~1200 ℃,并在温度为900 ℃~1200 ℃的条件下保温30min~60min,在温度为900 ℃~1200 ℃的条件下向管式炉中以5 sccm~10 sccm的速率通入甲烷气体5 min~20 min,然后将石英管式炉以70 ℃/min~90℃/min的冷却速率从温度为900 ℃~1200 ℃冷却至室温,得到被石墨烯包覆的泡沫镍;步骤一1)中所述的泡沫镍密度为420 g/m2~440 g/m2,厚度为1.5 mm~2.0 mm;步骤一1)中所述的氩气的流速为450 sccm~550 sccm,氢气的流速为150 sccm~250 sccm;

2)将聚甲基丙烯酸甲酯加入乳酸乙酯中,在温度为80 ℃~120 ℃的条件下加热搅拌1 h~2 h得到混合溶液,按每平方厘米有100 μL~200μL的使用量利用加样枪将混合溶液滴加到步骤一1)得到的被石墨烯包裹的泡沫镍表面上,在室温下自然干燥,然后在温度为150 ℃~200 ℃的条件下保温0.5h~1h得到表面包覆聚甲基丙烯酸甲酯的泡沫石墨烯;步骤一2)中所述的混合溶液中甲基丙烯酸甲酯的质量分数为4 %~5 %;

3)将步骤一2)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积为0.5 cm2~2 cm2的立方体,并完全浸泡于温度为80 ℃~90 ℃、浓度为3mol/L~4 mol/L的盐酸溶液中4 h~6 h得到去除镍的三维泡沫石墨烯;

4)将步骤一3)得到的去除镍的三维泡沫石墨烯浸泡于温度为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,然后用蒸馏水将去除聚甲基丙烯酸甲酯的泡沫石墨烯清洗干净,然后将清洗干净的去除聚甲基丙烯酸甲酯的泡沫石墨烯移到干净的ITO玻璃上;干燥后,按每平方厘米有50 μL~120 μL 的使用量利用加样枪将氧化锌种子层溶液滴加到清洗干净的去除聚甲基丙烯酸甲酯的泡沫石墨烯上,再置于温度为150 ℃~200 ℃的条件下保温20 min~30 min,得到预制有氧化锌种子层的三维泡沫石墨烯/ITO玻璃;步骤一4)中所述的干净的ITO 玻璃是先后依次在丙酮中超声清洗10 min~20 min,乙醇中超声清洗10 min~20 min 和去离子水中超声清洗10 min~20 min,在室温下自然干燥得到的;步骤一4)中所述的氧化锌种子层溶液是按以下步骤合成的:将醋酸锌溶于甲醇中,然后以400 r/min~500 r/min的转速磁力搅拌2 min~5 min,得到氧化锌种子层溶液,其中所述的氧化锌种子层溶液中醋酸锌的浓度为0.01 mol/L~0.05mol/L;

二、水热合成法

1)用蒸馏水作为溶剂分别配制浓度为0.05 mol/L~0.1 mol/L 的硝酸锌溶液、0.05 mol/L~0.1 mol/L 的六亚甲基四胺溶液、0.1 mol/L~0.5m ol/L 的氨水溶液和1 mmol/L~5 mmol/L 的聚醚酰亚胺溶液,并将四种溶液混合均匀后以450 r/min~550 r/min 的转速磁力搅拌3 min~5m in 得到水热反应溶液;

2)将步骤二1)得到的水热反应溶液倒入反应釜中,然后将步骤一4)得到的预制有氧化锌种子层的三维泡沫石墨烯/ITO 玻璃倒立放置于反应釜中的混合溶液中,盖上反应釜盖子,在90 ℃~120 ℃的温度条件下反应8 h~12 h,然后取出在空气中自然冷却至室温,得到复合材料,打开反应釜用蒸馏水将复合材料清洗干净,并于400 ℃~500 ℃下保温1 h~2 h,随炉冷却至室温,由此得到氧化锌纳米线阵列/ 三维泡沫石墨烯复合材料;

三、化学气相沉积法

将步骤二2)中得到的氧化锌纳米线阵列/三维泡沫石墨烯复合材料置于石英管式炉中央,在氩气的保护下从室温以10 ℃/min~30 ℃/min的升温速率加热至温度为600 ℃~800 ℃,并在温度为600 ℃~800 ℃的条件下保温40 min~60 min,在温度为600 ℃~800 ℃的条件下向管式炉中以5 sccm~10 sccm的速率通入甲烷气体10 min~20 min,然后将石英管式炉以20 ℃/min~40 ℃/min的冷却速率从温度为600℃~800℃冷却至室温,得到石墨烯/氧化锌纳米线阵列/三维泡沫石墨烯复合材料,步骤一1)中所述的氩气的流速为450 sccm~550 sccm。

2.根据权利要求1所述的一种石墨烯/氧化锌纳米线阵列/三维泡沫石墨烯复合材料的制备方法,其特征在于步骤一1)中将泡沫镍置于石英管式炉中央,在氩气和氢气的保护下从室温以10 ℃/min~30 ℃/min的升温速率加热至温度为900 ℃~1200 ℃,并在温度为900 ℃~1200 ℃的条件下保温30 min~60 min,在温度为900 ℃~1200 ℃的条件下向管式炉中以5 sccm~10 sccm的速率通入甲烷气体5 min~20 min,然后将石英管式炉以70 ℃/min~90 ℃/min的冷却速率从温度为900 ℃~1200 ℃冷却至室温,得到被石墨烯包覆的泡沫镍;步骤一1)中所述的泡沫镍密度为420 g/m2~440 g/m2,厚度为1.5 mm~2.0 mm;步骤一1)中所述的氩气的流速为450 sccm~550 sccm,氢气的流速为150 sccm~250 sccm。

3.根据权利要求1所述的一种石墨烯/氧化锌纳米线阵列/三维泡沫石墨烯复合材料的制备方法,其特征在于步骤一2)中将聚甲基丙烯酸甲酯加入乳酸乙酯中,在温度为80 ℃~120 ℃的条件下加热搅拌1 h~2 h得到混合溶液,按每平方厘米有100 μL~200 μL的使用量利用加样枪将混合溶液滴加到步骤一1)得到的被石墨烯包裹的泡沫镍表面上,在室温下自然干燥,然后在温度为150 ℃~200 ℃的条件下保温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;步骤一2)中所述的混合溶液中甲基丙烯酸甲酯的质量分数为4 %~5 %。

4.根据权利要求1所述的一种石墨烯/氧化锌纳米线阵列/三维泡沫石墨烯复合材料的制备方法,其特征在于步骤一3)中将步骤一2)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积为0.5 cm2~2 cm2的立方体,并完全浸泡于温度为80 ℃~90 ℃、浓度为3 mol/L~4 mol/L的盐酸溶液中4h~6h得到去除镍的三维泡沫石墨烯。

5.根据权利要求1所述的一种石墨烯/氧化锌纳米线阵列/三维泡沫石墨烯复合材料的制备方法,其特征在于步骤一4)中将步骤一3)得到的去除镍的三维泡沫石墨烯浸泡于温度为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,然后用蒸馏水将去除聚甲基丙烯酸甲酯的泡沫石墨烯清洗干净,然后将清洗干净的去除聚甲基丙烯酸甲酯的泡沫石墨烯移到干净的ITO玻璃上;干燥后,按每平方厘米有50 μL~120 μL 的使用量,利用加样枪将氧化锌种子层溶液滴加到清洗干净的去除聚甲基丙烯酸甲酯的泡沫石墨烯上,再置于温度为150 ℃~200 ℃的条件下保温20 min~30 min,得到预制有氧化锌种子层的三维泡沫石墨烯/ITO玻璃;步骤一4)中所述的干净的ITO 玻璃是先后依次在丙酮中超声清洗10 min~20 min,乙醇中超声清洗10 min~20 min 和去离子水中超声清洗10 min~20 min,在室温下自然干燥得到的;步骤一4)中所述的氧化锌种子层溶液是按以下步骤合成的:将醋酸锌溶于甲醇中,然后以400 r/min~500 r/min 的转速磁力搅拌2 min~5 min,得到氧化锌种子层溶液,其中所述的氧化锌种子层溶液中醋酸锌的浓度为0.01 mol/L~0.05 mol/L。

6.根据权利要求1所述的一种石墨烯/氧化锌纳米线阵列/三维泡沫石墨烯复合材料的制备方法,其特征在于将步骤二1)中用蒸馏水作为溶剂分别配制浓度为0.05 mol/L~0.1 mol/L的硝酸锌溶液、0.05 mol/L~0.1 mol/L的六亚甲基四胺溶液、0.1 mol/L~0.5 mol/L的氨水溶液和1 mmol/L~5 mmol/L的聚醚酰亚胺溶液,并将四种溶液混合均匀后以450 r/min~550 r/min的转速磁力搅拌3 min~5 min 得到水热反应溶液。

7.根据权利要求1所述的一种石墨烯/氧化锌纳米线阵列/三维泡沫石墨烯复合材料的制备方法,其特征在于将步骤二1)得到的水热反应溶液倒入反应釜中,然后将步骤一4)得到的预制有氧化锌种子层的三维泡沫石墨烯/ITO玻璃倒立放置于反应釜中的混合溶液中,盖上反应釜盖子,在90 ℃~120 ℃的温度条件下反应8 h~12 h,然后取出在空气中自然冷却至室温,得到复合材料,打开反应釜用蒸馏水将复合材料清洗干净,并于400 ℃~500 ℃下保温1 h~2 h,随炉冷却至室温,由此得到氧化锌纳米线阵列/三维泡沫石墨烯复合材料。

8.根据权利要求1所述的一种石墨烯/氧化锌纳米线阵列/三维泡沫石墨烯复合材料的制备方法,其特征在于将步骤三中将步骤二2)中得到的氧化锌纳米线阵列/三维泡沫石墨烯复合材料置于石英管式炉中央,在氩气的保护下从室温以10℃/min~30℃/min的升温速率加热至温度为600 ℃~800 ℃,并在温度为600℃~800℃的条件下保温40min~60min,在温度为600 ℃~800 ℃的条件下向管式炉中以5 sccm~10 sccm的速率通入甲烷气体10 min~20 min,然后将石英管式炉以20 ℃/min~40 ℃/min的冷却速率从温度为600 ℃~800 ℃冷却至室温,得到石墨烯/氧化锌纳米线阵列/三维泡沫石墨烯复合材料,步骤一1)中所述的氩气的流速为450 sccm~550 sccm。

9.一种石墨烯/氧化锌纳米线阵列/三维泡沫石墨烯复合材料的应用,其特征在于石墨烯/氧化锌纳米线阵列/三维泡沫石墨烯复合材料作为工作电极,在生物传感器中使用。

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