一种激光诱导制备氧化铜纳米颗粒原位复合石墨烯材料的方法及应用

本发明具体涉及一种激光诱导制备氧化铜纳米颗粒原位复合石墨烯材料的方法，可应用于光电器件等相关领域。

背景技术：

1、氧化铜纳米颗粒修饰石墨烯复合纳米材料具有环境友好、低功函数的优点，在真空电子场致发射电子领域有较高的应用价值。但因化学气相沉积、水热或溶剂热制备的石墨烯材料成本高昂，氧化铜@石墨烯异质结制备工艺复杂，限制了其广泛应用。现有的水热或溶剂热制备过程繁琐、合成工艺复杂，难以实现绿色环保的合成；并且无法实现一步法氧化铜颗粒原位包覆石墨烯的图案化制备。基于此，本发明提出了一种绿色、简便、低成本的激光原位诱导含铜盐的软木来制备氧化铜纳米颗粒原位修饰石墨烯的纳米复合纳米材料。

技术实现思路

1、基于此本发明提出了一种低成本、简单的激光诱导合成氧化铜纳米颗粒原位修饰石墨烯异质结的复合材料的制备方法。该制备方法优势在于：（1）激光诱导含铜盐的软木可以绿色、低成本，一步法合成氧化铜纳米颗粒包覆石墨烯；（2）氧化铜@石墨烯复合材料结构中，包覆的氧化铜颗粒密度可控；（3）可以实现氧化铜包覆石墨烯复合材料的图案化制备；（4）形成的氧化铜@石墨烯异质结能有效降低材料的功函数，提高其电子场发射能力。

2、为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

3、一种激光诱导制备氧化铜纳米颗粒原位复合石墨烯材料的方法，包括以下步骤：

4、（1）将软木沿横向纹理切片，在无水乙醇、纯水中分别超声处理，真空干燥；

5、（2）将干燥的软木放入醋酸铜溶液中浸润一定时间，软木因密度比水小，漂浮在表面，利用溶液的毛细效应，使醋酸铜溶液浸润入软木底部浅层组织；

6、（3）将浸润有醋酸铜的软木放入抗坏血酸溶液中再次浸润一定时间，完成铜离子在软木组织内的原位还原，最后将样品在烘箱内恒温干燥；

7、（4）采用激光辐照步骤（3）制备的含铜软木，合成了氧化铜原位修饰的石墨烯复合材料。

8、优先的，步骤（2）中醋酸铜溶液的浓度为25-100 mm。

9、优先的，步骤（3）中抗坏血酸溶液的浓度为25-100 mm。

10、优先的，步骤（1）和（3）中的干燥具体指60℃干燥48h。

11、优先的，步骤（2）和（3）中的浸润时间均为24h。

12、优先的，步骤（4）中辐照参数：激光功率100mw，扫描速度0.4mm/s，激光扫描间距100μm。

13、应用：氧化铜原位修饰的石墨烯复合材料作为电极材料。

14、本发明要解决的技术问题主要是：

15、（1）一步法激光诱导合成氧化铜纳米颗粒原位包覆石墨烯复合材料且形成电子传输优良的氧化铜纳米颗粒@石墨烯异质结；

16、（2）实现氧化铜纳米颗粒在石墨烯材料中的均匀分布且包覆的纳米颗粒密度可控；

17、（3）形成3d结构的氧化铜纳米颗粒包覆的石墨烯复合材料；

18、（4）实现氧化铜纳米颗粒包覆石墨烯复合材料的一步制备。

19、本发明的关键点是：

20、（1）合成方案中，浸润有醋酸铜的软木放入抗坏血酸溶液中原位还原成小尺寸铜颗粒，被还原的铜颗粒均匀原位的嵌入在软木细胞壁组织上；

21、（2）室温下激光诱导辐照嵌入有铜颗粒的软木可一步获得氧化铜纳米颗粒包覆的石墨烯复合材料；

22、（3）浸润软木的醋酸铜溶液浓度可调，因此激光合成的氧化铜@石墨烯复合材料中氧化铜纳米颗粒密度可控；

23、（4）通过调节软木的图案化，可以实现绿色、低成本、简便的一步法图案化氧化铜纳米颗粒复合石墨烯纳米材料的快速制备。

24、本发明的优点在于：

25、氧化铜@石墨烯复合材料的合成方法中，首先采用醋酸铜溶液浸润软木浅层细胞壁组织后经抗坏血酸原位还原，低温真空干燥形成小尺寸铜颗粒在软木的均匀嵌入，实现了修饰的均匀性、简便性。激光辐照含铜软木可控制备了链珠状的石墨烯/氧化铜复合纳米材料。这种材料本身呈三维线网形结构，具有丰富的场发射尖端；此外氧化铜颗粒与石墨烯原位形成的异质结具有优良的电子输运特性，使氧化铜作为发射位点，进一步提高场发射性能。

26、有如下几个优点：

27、（1）采用的基底为生物质材料，具有来源广，绿色环保的优势。

28、（2）软木经醋酸铜溶液浸润后经抗坏血酸原位还原实现了均匀的铜颗粒在软木组织内的嵌入。

29、（3）浸润软木的醋酸铜溶液浓度可调，因此激光合成的氧化铜@石墨烯复合材料中氧化铜纳米颗粒密度可控。

30、（4）可以实现氧化铜@石墨烯复合材料的图案化定制。

31、（5）原位合成的氧化铜@石墨烯异质结复合材料具有优良的电子传输特性、丰富的锐边形貌，可有效降低开启和阈值电场，提高材料的电子发射特性。

技术特征：

1.一种激光诱导制备氧化铜纳米颗粒原位复合石墨烯材料的方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，醋酸铜溶液的浓度为25-100 mm。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，抗坏血酸溶液的浓度为25-100 mm。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤（1）和（3）中的干燥具体指60℃干燥48h。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤（2）和（3）中的浸润时间均为24h。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤（4）中辐照参数：激光功率100mw，扫描速度0.4mm/s，激光扫描间距100μm。

技术总结
本发明提供了一种激光诱导制备氧化铜纳米颗粒原位复合石墨烯材料的方法及应用，首先采用醋酸铜溶液浸润软木浅层细胞壁组织后经抗坏血酸原位还原，低温真空干燥形成小尺寸铜颗粒在软木的均匀嵌入，实现了修饰的均匀性、简便性。激光辐照含铜软木可控制备了链珠状的石墨烯/氧化铜复合纳米材料。这种材料本身呈三维线网形结构，具有丰富的场发射尖端；此外氧化铜颗粒与石墨烯原位形成的异质结具有优良的电子输运特性，使氧化铜作为发射位点，进一步提高场发射性能。

技术研发人员：马立安,黄旭,魏朝晖,叶晓云,王乾廷
受保护的技术使用者：福建理工大学
技术研发日：
技术公布日：2024/3/12