一种磺酸化石墨烯材料及其制备方法和温度感应开关的制作方法
一种磺酸化石墨烯材料及其制备方法和温度感应开关的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种磺酸化石墨烯材料的制备方法，包括以下步骤：将氧化石墨烯溶于水中，搅拌均匀制成0.006～1mol/L的氧化石墨烯悬浮液；往氧化石墨烯悬浮液中依次加入磺胺酸、亚硝酸钠、稀盐酸，在0～5℃环境下充分搅拌3～8小时，然后继续搅拌，直至溶液温度回升至20～30℃；加入水合肼，并将溶液加热至80～120℃，反应15～30小时，反应结束后清洗过滤得到磺酸化石墨烯材料。本发明还提供了通过该制备方法得到的磺酸化石墨烯材料及由其作为感温元件的温度感应开关。本发明制备方法工艺简单，原料廉价易得，所制备的磺酸化石墨烯材料质地均匀，热稳定性好，制备感温元件灵敏度高，并且能够在低于120℃的条件下工作。
【专利说明】一种磺酸化石墨烯材料及其制备方法和温度感应开关
【技术领域】
[0001]本发明涉及石墨烯材料合成领域，尤其是一种磺酸化石墨烯材料及其制备方法与应用。
【背景技术】
[0002]石墨烯是一种碳原子之间呈六角环形排列的二维片状体，2004年由英国曼彻斯特大学的安德烈.κ.海姆(Andre K.Geim)等人首次发现。石墨烯材料具有良好的光热性质、闻比表面积(2600m2/g),而且廉价易得。
[0003]温度感应开关是当前市场上最为常用的电路开关控制系统之一，它以温度变化作为控制信号，当温度升高或下降至设定阀值时，感温元件发生形态或性质变化，从而触发开关，接通或切断电路。温度开关以其体积小、灵敏高、寿命长等特点广泛应用于家用电器、电机及电气设备等各个领域。 [0004]感温元件是温度开关最为核心的部件，现有温度开关感应元件的制材一般为热敏材料，主要有合金和陶瓷两种。合金材料温度感应开关利用合金易熔的等特性，在高温度条件下熔化，而降电路断开，这种开关不仅成本高，而且往往只能一次性使用。陶瓷材料温度感应开关则利用陶瓷材料的热伸缩性去触发开关，成本低，而且能够反复使用。例如专利200310110050.7公开了一种热伸缩开关材料及其制备方法，该开关使用陶瓷材料作为感温元件，当温度升高时，陶瓷材料受热伸长，触动开关，从而控制电路打开或闭合，这种开关材料便宜，性质稳定，但必须在200~30(TC的高温条件下才能工作，无法满足日常普通环境的需求。
【发明内容】
[0005]为解决上述技术问题，本发明提供一种磺酸化石墨烯材料及其制备方法，所述磺酸化石墨烯材料可用于制备温度感应开关的热敏材料，并且能够在低于120°C的温度下工作，所述制备方法工艺条件简单，适于工业化生产。本发明还提供了由所述磺酸化石墨烯材料作为感温元件的温度感应开关。
[0006]第一方面，本发明提供了一种磺酸化石墨烯材料的制备方法，包括以下步骤:
[0007](I)将氧化石墨烯溶于水中，搅拌均匀制成0.006~lmol/L的氧化石墨烯悬浮液；
[0008](2)往氧化石墨烯悬浮液中依次加入磺胺酸、亚硝酸钠、稀盐酸，在O~5°C环境下充分搅拌3~8小时，移除低温环境后继续搅拌至溶液温度回升至20~30°C ；
[0009](3)加入水合肼，并将溶液加热至80~120°C，反应15~30小时，反应结束后进行清洗和过滤，得到磺酸化石墨烯材料。
[0010]优选地，步骤(1)所述的水为去离子水。
[0011]优选地，步骤(1)所述的氧化石墨烯悬浮液浓度为0.01~0.lmol/L。
[0012]更优选地，步骤(1)所述的氧化石墨烯悬浮液浓度为0.01mol/L。[0013]优选地，步骤(2)所述的石墨烯悬浮液、磺胺酸、亚硝酸钠、稀盐酸四者的质量比例为 1000: I ~3: 0.5 ~1: 5 ~7。
[0014]优选地，步骤(3)所述的溶液加热至100°C，反应24小时。
[0015]优选地，所述制备方法还包括将过滤得到的磺酸化石墨烯材料进行干燥，从而更有利于其保存。
[0016]本发明以廉价易得的氧化石墨烯为原料，通过化学作用将磺酸基官能团附着到石墨烯的表面，进一步提高了石墨烯的热敏性，原料成本低，工艺简单，适合大规模的工厂化生产。
[0017]第二方面，本发明提供了一种磺酸化石墨烯材料，所述磺酸化石墨烯材料通过上述制备方法制得。
[0018]通过本发明制得的磺酸化石墨烯材料，质地均匀，热稳定性好。
[0019]第三方面，本发明提供了一种温度感应开关，包括开关基体与感温元件，所述开关基体包括外壳，固定在外壳内部且相互分离的一号铜板与二号铜板，固定在一号铜板上且与二号铜板形成弹性接触的铜片，分别连接一号铜板和二号铜板的电源线；
[0020]所述感温元件固定在所述外壳内部，所述感温元件受热伸长可推动所述铜片与所述二号铜板接触；所述感温元件是由上述磺酸化石墨烯材料按5~20: I的比例加入明胶，混合后风干最后压制而成的。
[0021]优选地，所述感温元件是由上述磺酸化石墨烯材料按10~15: I的比例加入明胶，混合后风干最后压制而成的。
[0022]本发明在磺酸化石墨烯材料中加入明胶制成石墨烯感温元件，将其装配到开关基体上，制作温度感应开关，当环境温度瞬间上升时，石墨烯感温元件受热伸长并推动所述铜片与所述二号铜板接触，使得电路接通，而当环境温度回归正常时，石墨烯感温元件逐渐缩短，松开所述铜片并使其与二号铜板分离，电路因此断开，结构简单，灵敏度高。从制得的石墨烯感温元件来看，在-30~120°C条件下，0.05°C的温度变化就能引起石墨烯感温元件的形态变化。
[0023]本发明提供的一种磺酸化石墨烯材料及其制备方法与应用，具有以下有益效果:
[0024](I)以氧化石墨烯为原料，通过化学作用将磺酸基官能团附着到石墨烯的表面，提高了石墨烯的热敏性，原料简单易得，制备工艺简单，适合大规模的工厂化生产；
[0025](2)通过磺酸基功能化，进一步提高了石墨烯材料的分散性，所制备的磺酸化石墨烯材料，质地均匀，热稳定性好；
[0026](3)以磺酸化石墨烯材料为原料，制备磺酸化石墨烯感温元件，应用到温度感应开关上，制作石墨烯温度感应开关，结构简单，灵敏度高。
【专利附图】
【附图说明】
[0027]为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0028]图1是本发明实施例一所制备的磺酸化石墨烯材料的热重图谱；
[0029]图2本发明实施例四所制备的温度感应开关的结构示意图；[0030]图3是本发明实施例五所制备的温度感应开关的结构示意图。
【具体实施方式】
[0031]下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述。
[0032]一种磺酸化石墨烯材料的制备方法，包括以下步骤:
[0033](I)将氧化石墨烯溶于水中，搅拌均匀制成0.006~lmol/L的氧化石墨烯悬浮液；
[0034](2)往氧化石墨烯悬浮液中依次加入磺胺酸、亚硝酸钠、稀盐酸，在低温环境下充分搅拌3~8小时，移除低温环境后继续搅拌至溶液温度回升至20~30°C ；
[0035](3)加入水合肼，并将溶液加热至80~120°C，反应15~30小时，反应结束后清洗和过滤，得到磺酸化石墨烯材料。
[0036]步骤(1)所述的水为去离子水。
[0037]步骤(1)所述的氧化石墨烯悬浮液浓度为0.01~0.lmol/L。
[0038]所述的氧化石墨烯悬浮液浓度为0.01mol/L。
[0039]步骤(2)所述的 石墨烯悬浮液、磺胺酸、亚硝酸钠、稀盐酸四者的质量比例为1000: I ~3: 0.5 ~1: 5 ~7。
[0040]步骤(3)所述的溶液加热至100°C，反应24小时。
[0041]所述制备方法还包括将过滤得到的磺酸化石墨烯材料进行干燥，从而更有利于其保存。
[0042]本发明以廉价易得的氧化石墨烯为原料，通过化学作用将磺酸基官能团附着到石墨烯的表面，进一步提高了石墨烯的热敏性，原料成本低，工艺简单，适合大规模的工厂化生产。
[0043]本发明提供了一种磺酸化石墨烯材料，所述磺酸化石墨烯材料通过上述制备方法制得。
[0044]通过本发明制得的磺酸化石墨烯材料，质地均匀，热稳定性好。
[0045]本发明还提供了一种温度感应开关，包括开关基体与感温元件，所述开关基体包括外壳，固定在外壳内部且相互分离的一号铜板与二号铜板，固定在一号铜板上且与二号铜板形成弹性接触的铜片，分别连接一号铜板和二号铜板的电源线；所述感温元件固定在所述外壳内部，所述感温元件受热伸长可推动所述铜片与所述二号铜板接触；所述感温元件是由上述磺酸化石墨烯材料按5~20: I的比例加入明胶，混合后风干最后压制而成的。
[0046]所述感温元件是由上述磺酸化石墨烯材料按10~15:1的比例加入明胶，混合后风干最后压制而成的。
[0047]本发明在磺酸化石墨烯材料中加入明胶制成石墨烯感温元件，将其装配到开关基体上，制作温度感应开关，当环境温度瞬间上升时，石墨烯感温元件受热伸长并推动所述铜片与所述二号铜板接触，使得电路接通，而当环境温度回归正常时，石墨烯感温元件逐渐缩短，松开所述铜片并使其与二号铜板分离，电路因此断开，结构简单，灵敏度高。从制得的感温元件来看，在-30~120°C条件下，0.05°C的温度变化就能引起感温元件的形态变化。[0048]实施例一
[0049]一种磺酸化石墨烯材料的制备方法，包括以下步骤:
[0050](I)称取I克的氧化石墨加入到装有IL去离子水的烧杯中，将烧杯放置在超声清洗仪里超声30分钟，制得氧化石墨烯悬浮液；
[0051](2)往氧化石墨烯悬浮液里加入2g磺胺酸、0.75g亚硝酸钠及7.5g浓度为37%的盐酸，在冰浴下先充分搅拌5小时，然后继续搅拌，直至溶液温度慢慢升到室温；
[0052](3)在室温下加入80%的水合肼50mL，在油浴里加热到100°C，反应24小时，制备出磺酸化石墨烯(沉淀物)；用滤纸滤取沉淀物，用去离子水清洗后得到磺酸化石墨烯材料。
[0053]为测试步骤(3)所得到的磺酸化石墨烯材料的热稳定性，本实施例还对还原石墨烯、磺酸化石墨烯与氧化石墨进行了热重测试，具体操作为:把样品放入热重测试仪里，在空气环境下按10°c /min的速度升温，每分钟测试一次样品的重量，然后绘制热重图谱。
[0054]图2是本实施例制得的磺酸化石墨烯材料的热重图谱，从热重图谱中可以看出，磺酸化石墨烯的热稳定性介于还原石墨烯与氧化石墨之间，符合磺酸化石墨烯的特点。
[0055]实施例二
[0056]一种磺酸化石墨烯材料的制备方法，包括以下步骤:
[0057](I)称取4.86克氧化石墨烯倒入至烧杯中，加入IOL蒸馏水，放置在搅拌机上搅拌20分钟，制得氧化石墨烯悬浮液；
[0058](2)往氧化石墨烯悬浮液中加入10克磺胺酸、5克亚硝酸钠及92.5克浓度为20%的盐酸，将烧杯置于恒温:TC冰水浴锅中，搅拌3小时，取出烧杯后放置在搅拌机上继续搅拌，直至烧杯内溶液恢复至室温；
[0059](3)往溶液中加入50%的水合肼1L，再将烧杯置于电热炉上加热至沸腾，维持烧杯内溶液温度在80~120°C之间反应15小时，制备出磺酸化石墨烯(沉淀物)；用滤纸滤取沉淀物，倒入烧杯中，加入蒸馏水搅拌后再次过滤，滤取滤渣，得到磺酸化石墨烯材料。
[0060]将过滤得到的磺酸化石墨烯材料摊开，置于阴凉通风处自然风干，干燥后装罐保存。
[0061]实施例三
[0062]一种磺酸化石墨烯材料的制备方法，包括以下步骤:
[0063](I)称取81克氧化石墨烯倒入至研钵中，加入IOOmL去离子水，将氧化石墨烯研磨至溶解状态，将研钵中的溶液倒入烧杯中，加入900mL去离子水，搅拌均匀制得氧化石墨烯悬浮液；
[0064](2)往氧化石墨烯悬浮液中加入3克磺胺酸、I克亚硝酸钠及6.5克浓度为40%的盐酸，将烧杯置于冰块上，搅拌8小时，移除冰块后将烧杯放置在搅拌机上继续搅拌，直至烧杯内溶液恢复至室温；
[0065](3)往溶液中加入70%的水合肼IOOmL,再将烧杯置于恒温80°C水浴锅中，反应30小时，制备出磺酸化石墨烯(沉淀物)；滤取沉淀物并用去离子水清洗I~2遍，得到磺酸化石墨烯材料；
[0066]实施例四
[0067]一种温度感应开关，包括开关基体与感温元件；[0068]所述开关基体包括外壳，固定在外壳内部且相互分离的一号铜板与二号铜板，固定在一号铜板上且与二号铜板形成弹性接触的铜片，分别连接一号铜板和二号铜板的电源线；所述感温元件固定在所述外壳内部，所述感温元件受热伸长可推动所述铜片与所述二号铜板接触；所述感温元件是由实施例一制备的磺酸化石墨烯材料按15: I的比例加入明胶，混合后风干最后压制而成的。
[0069]下面结合【专利附图】
【附图说明】对本实施例制得的温度感应开关作进一步描述。
[0070]请参考图1，一种温度感应开关，包括中空的外壳1、感温元件2、厚度较大的一号铜板3、厚度较小的二号铜板4、弹性可弯曲的铜片5、电源线6。
[0071]其中，中空的外壳I为中空的长方体玻璃箱，箱体左右两个侧面底部设有线孔，线孔孔径与电源线6外径相等，保证插入电源线6后箱体密封，以防止外部湿气与氧分对箱内部件的侵蚀。
[0072]其中，一号铜板3为长方形导电板,安装在外壳I内部底面的左端。
[0073]其中，二号铜板4也为长方形导电板，厚度比一号铜板3小，安装在外壳I内部底面的右端，并不直接与一号铜板3接触。
[0074]其中，铜片5为长方形导电片，左端平行焊接到一号铜板3顶面上，右端延伸到二号铜板4的上方，由于二号铜板4的厚度比一号铜板3的厚度小，铜片5在自然条件下不与二号铜板4相接触。 [0075]其中，电源线6共有两根，分别穿插在外壳I左右两个侧面底部的线孔中，并分别与一号铜板3和二号铜板4连接，用于将所述温度感应开关连接到外部电路上；
[0076]其中，感温元件2为长方体条状物，顶端安装到外壳I的顶面，并位于铜片5右端的正上方，所述感温元件2底面与所述铜片5的顶面之间仅有Imm缝隙，当外部环境骤然升高时，感温元件2受热伸长，其底部与铜片5接触并将铜片5压弯，使铜片5触碰到二号铜板4，从而将一号铜板3和二号铜板4连通，电路因此开启；当外部环境回归正常时，感温元件2逐渐缩短，松开铜片5，铜片5因弹性作用与二号铜板4分离，电路因此断开。
[0077]其中，所述感温元件的具体制备过程为:将实施例一所得到的磺酸化石墨烯材料按质量比为15: I的比例加入工业明胶，放入低温风干机中，10°C下风干48小时，干燥后压制成尺寸为20mm*10mm*3mm的感温元件。
[0078]表1为本发明实施例所制备的感温元件的性能参数表，其中适温范围指的是此感温元件可工作的环境温度范围；灵敏度指的是能引起此感温元件长度变化0.1mm所需要的温度变化值；线膨胀率指的是温度变化1°C时此感温元件长度的变化值；最大伸长量指的是此感温元件受热的的最大变化量。结果表明，本实施例制备的感温元件灵敏度高，线膨胀率高，在-30~120°C条件下，0.05°C的温度变化就能引起感温元件的形态变化。
[0079]表1感温元件的性能参数表
[0080]
【权利要求】
1.一种磺酸化石墨烯材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤: (1)将氧化石墨烯溶于水中，搅拌均匀制成0.006~lmol/L的氧化石墨烯悬浮液； (2)往氧化石墨烯悬浮液中依次加入磺胺酸、亚硝酸钠、稀盐酸，在O~5°C环境下充分搅拌3~8小时，然后继续搅拌，直至溶液温度回升至20~30°C ; (3)加入水合肼，并将溶液加热至80~120°C，反应15~30小时，反应结束后进行清洗和过滤，得到磺酸化石墨烯材料。
2.根据权利要求1所述的一种磺酸化石墨烯材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述的水为去离子水。
3.根据权利要求1所述的一种磺酸化石墨烯材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述的氧化石墨烯悬浮液浓度为0.01~0.lmol/L。
4.根据权利要求1或3所述的一种磺酸化石墨烯材料的制备方法，其特征在于，所述的氧化石墨烯悬浮液浓度为0.01mol/Lo
5.根据权利要求1所述的一种磺酸化石墨烯材料的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述的石墨烯悬浮液、磺胺酸、亚硝酸钠、稀盐酸四者的质量比例为1000:1~3: 0.5~I: 5 ~7。
6.根据权利要求1所述的一种磺酸化石墨烯材料的制备方法，其特征在于，步骤(3)所述的溶液加热至100°C，反应24小时。
7.根据权利要求1所述 的一种磺酸化石墨烯材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法还包括将过滤得到的磺酸化石墨烯材料进行干燥。
8.一种磺酸化石墨烯材料，其特征在于，所述磺酸化石墨烯材料是通过权利要求1~7中任意一项所述的方法制备的。
9.一种温度感应开关，包括开关基体、电源线与感温元件，其特征在于，所述开关基体包括外壳，固定在外壳内部且相互分离的一号铜板与二号铜板，固定在一号铜板上且与二号铜板形成弹性接触的铜片，分别连接一号铜板和二号铜板的电源线； 所述感温元件固定在所述外壳内部，所述感温元件受热伸长可推动所述铜片与所述二号铜板接触；所述感温元件是由权利要求8所述的磺酸化石墨烯材料按5~20: I的比例加入明胶，混合后风干最后压制而成的。
10.根据权利要求9所述的一种温度感应开关，其特征在于，所述感温元件是由权利要求8所述的磺酸化石墨烯材料按10~15: I的比例加入明胶，混合后风干最后压制而成的。
【文档编号】H01H37/48GK103626159SQ201210304049
【公开日】2014年3月12日 申请日期:2012年8月24日 优先权日:2012年8月24日
【发明者】周明杰, 袁新生, 王要兵 申请人:海洋王照明科技股份有限公司, 深圳市海洋王照明技术有限公司, 深圳市海洋王照明工程有限公司
【专利摘要】本发明涉及一种磺酸化石墨烯材料的制备方法，包括以下步骤：将氧化石墨烯溶于水中，搅拌均匀制成0.006～1mol/L的氧化石墨烯悬浮液；往氧化石墨烯悬浮液中依次加入磺胺酸、亚硝酸钠、稀盐酸，在0～5℃环境下充分搅拌3～8小时，然后继续搅拌，直至溶液温度回升至20～30℃；加入水合肼，并将溶液加热至80～120℃，反应15～30小时，反应结束后清洗过滤得到磺酸化石墨烯材料。本发明还提供了通过该制备方法得到的磺酸化石墨烯材料及由其作为感温元件的温度感应开关。本发明制备方法工艺简单，原料廉价易得，所制备的磺酸化石墨烯材料质地均匀，热稳定性好，制备感温元件灵敏度高，并且能够在低于120℃的条件下工作。
【专利说明】一种磺酸化石墨烯材料及其制备方法和温度感应开关
【技术领域】
[0001]本发明涉及石墨烯材料合成领域，尤其是一种磺酸化石墨烯材料及其制备方法与应用。
【背景技术】
[0002]石墨烯是一种碳原子之间呈六角环形排列的二维片状体，2004年由英国曼彻斯特大学的安德烈.κ.海姆(Andre K.Geim)等人首次发现。石墨烯材料具有良好的光热性质、闻比表面积(2600m2/g),而且廉价易得。
[0003]温度感应开关是当前市场上最为常用的电路开关控制系统之一，它以温度变化作为控制信号，当温度升高或下降至设定阀值时，感温元件发生形态或性质变化，从而触发开关，接通或切断电路。温度开关以其体积小、灵敏高、寿命长等特点广泛应用于家用电器、电机及电气设备等各个领域。 [0004]感温元件是温度开关最为核心的部件，现有温度开关感应元件的制材一般为热敏材料，主要有合金和陶瓷两种。合金材料温度感应开关利用合金易熔的等特性，在高温度条件下熔化，而降电路断开，这种开关不仅成本高，而且往往只能一次性使用。陶瓷材料温度感应开关则利用陶瓷材料的热伸缩性去触发开关，成本低，而且能够反复使用。例如专利200310110050.7公开了一种热伸缩开关材料及其制备方法，该开关使用陶瓷材料作为感温元件，当温度升高时，陶瓷材料受热伸长，触动开关，从而控制电路打开或闭合，这种开关材料便宜，性质稳定，但必须在200~30(TC的高温条件下才能工作，无法满足日常普通环境的需求。
【发明内容】
[0005]为解决上述技术问题，本发明提供一种磺酸化石墨烯材料及其制备方法，所述磺酸化石墨烯材料可用于制备温度感应开关的热敏材料，并且能够在低于120°C的温度下工作，所述制备方法工艺条件简单，适于工业化生产。本发明还提供了由所述磺酸化石墨烯材料作为感温元件的温度感应开关。
[0006]第一方面，本发明提供了一种磺酸化石墨烯材料的制备方法，包括以下步骤:
[0007](I)将氧化石墨烯溶于水中，搅拌均匀制成0.006~lmol/L的氧化石墨烯悬浮液；
[0008](2)往氧化石墨烯悬浮液中依次加入磺胺酸、亚硝酸钠、稀盐酸，在O~5°C环境下充分搅拌3~8小时，移除低温环境后继续搅拌至溶液温度回升至20~30°C ；
[0009](3)加入水合肼，并将溶液加热至80~120°C，反应15~30小时，反应结束后进行清洗和过滤，得到磺酸化石墨烯材料。
[0010]优选地，步骤(1)所述的水为去离子水。
[0011]优选地，步骤(1)所述的氧化石墨烯悬浮液浓度为0.01~0.lmol/L。
[0012]更优选地，步骤(1)所述的氧化石墨烯悬浮液浓度为0.01mol/L。[0013]优选地，步骤(2)所述的石墨烯悬浮液、磺胺酸、亚硝酸钠、稀盐酸四者的质量比例为 1000: I ~3: 0.5 ~1: 5 ~7。
[0014]优选地，步骤(3)所述的溶液加热至100°C，反应24小时。
[0015]优选地，所述制备方法还包括将过滤得到的磺酸化石墨烯材料进行干燥，从而更有利于其保存。
[0016]本发明以廉价易得的氧化石墨烯为原料，通过化学作用将磺酸基官能团附着到石墨烯的表面，进一步提高了石墨烯的热敏性，原料成本低，工艺简单，适合大规模的工厂化生产。
[0017]第二方面，本发明提供了一种磺酸化石墨烯材料，所述磺酸化石墨烯材料通过上述制备方法制得。
[0018]通过本发明制得的磺酸化石墨烯材料，质地均匀，热稳定性好。
[0019]第三方面，本发明提供了一种温度感应开关，包括开关基体与感温元件，所述开关基体包括外壳，固定在外壳内部且相互分离的一号铜板与二号铜板，固定在一号铜板上且与二号铜板形成弹性接触的铜片，分别连接一号铜板和二号铜板的电源线；
[0020]所述感温元件固定在所述外壳内部，所述感温元件受热伸长可推动所述铜片与所述二号铜板接触；所述感温元件是由上述磺酸化石墨烯材料按5~20: I的比例加入明胶，混合后风干最后压制而成的。
[0021]优选地，所述感温元件是由上述磺酸化石墨烯材料按10~15: I的比例加入明胶，混合后风干最后压制而成的。
[0022]本发明在磺酸化石墨烯材料中加入明胶制成石墨烯感温元件，将其装配到开关基体上，制作温度感应开关，当环境温度瞬间上升时，石墨烯感温元件受热伸长并推动所述铜片与所述二号铜板接触，使得电路接通，而当环境温度回归正常时，石墨烯感温元件逐渐缩短，松开所述铜片并使其与二号铜板分离，电路因此断开，结构简单，灵敏度高。从制得的石墨烯感温元件来看，在-30~120°C条件下，0.05°C的温度变化就能引起石墨烯感温元件的形态变化。
[0023]本发明提供的一种磺酸化石墨烯材料及其制备方法与应用，具有以下有益效果:
[0024](I)以氧化石墨烯为原料，通过化学作用将磺酸基官能团附着到石墨烯的表面，提高了石墨烯的热敏性，原料简单易得，制备工艺简单，适合大规模的工厂化生产；
[0025](2)通过磺酸基功能化，进一步提高了石墨烯材料的分散性，所制备的磺酸化石墨烯材料，质地均匀，热稳定性好；
[0026](3)以磺酸化石墨烯材料为原料，制备磺酸化石墨烯感温元件，应用到温度感应开关上，制作石墨烯温度感应开关，结构简单，灵敏度高。
【专利附图】
【附图说明】
[0027]为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0028]图1是本发明实施例一所制备的磺酸化石墨烯材料的热重图谱；
[0029]图2本发明实施例四所制备的温度感应开关的结构示意图；[0030]图3是本发明实施例五所制备的温度感应开关的结构示意图。
【具体实施方式】
[0031]下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述。
[0032]一种磺酸化石墨烯材料的制备方法，包括以下步骤:
[0033](I)将氧化石墨烯溶于水中，搅拌均匀制成0.006~lmol/L的氧化石墨烯悬浮液；
[0034](2)往氧化石墨烯悬浮液中依次加入磺胺酸、亚硝酸钠、稀盐酸，在低温环境下充分搅拌3~8小时，移除低温环境后继续搅拌至溶液温度回升至20~30°C ；
[0035](3)加入水合肼，并将溶液加热至80~120°C，反应15~30小时，反应结束后清洗和过滤，得到磺酸化石墨烯材料。
[0036]步骤(1)所述的水为去离子水。
[0037]步骤(1)所述的氧化石墨烯悬浮液浓度为0.01~0.lmol/L。
[0038]所述的氧化石墨烯悬浮液浓度为0.01mol/L。
[0039]步骤(2)所述的 石墨烯悬浮液、磺胺酸、亚硝酸钠、稀盐酸四者的质量比例为1000: I ~3: 0.5 ~1: 5 ~7。
[0040]步骤(3)所述的溶液加热至100°C，反应24小时。
[0041]所述制备方法还包括将过滤得到的磺酸化石墨烯材料进行干燥，从而更有利于其保存。
[0042]本发明以廉价易得的氧化石墨烯为原料，通过化学作用将磺酸基官能团附着到石墨烯的表面，进一步提高了石墨烯的热敏性，原料成本低，工艺简单，适合大规模的工厂化生产。
[0043]本发明提供了一种磺酸化石墨烯材料，所述磺酸化石墨烯材料通过上述制备方法制得。
[0044]通过本发明制得的磺酸化石墨烯材料，质地均匀，热稳定性好。
[0045]本发明还提供了一种温度感应开关，包括开关基体与感温元件，所述开关基体包括外壳，固定在外壳内部且相互分离的一号铜板与二号铜板，固定在一号铜板上且与二号铜板形成弹性接触的铜片，分别连接一号铜板和二号铜板的电源线；所述感温元件固定在所述外壳内部，所述感温元件受热伸长可推动所述铜片与所述二号铜板接触；所述感温元件是由上述磺酸化石墨烯材料按5~20: I的比例加入明胶，混合后风干最后压制而成的。
[0046]所述感温元件是由上述磺酸化石墨烯材料按10~15:1的比例加入明胶，混合后风干最后压制而成的。
[0047]本发明在磺酸化石墨烯材料中加入明胶制成石墨烯感温元件，将其装配到开关基体上，制作温度感应开关，当环境温度瞬间上升时，石墨烯感温元件受热伸长并推动所述铜片与所述二号铜板接触，使得电路接通，而当环境温度回归正常时，石墨烯感温元件逐渐缩短，松开所述铜片并使其与二号铜板分离，电路因此断开，结构简单，灵敏度高。从制得的感温元件来看，在-30~120°C条件下，0.05°C的温度变化就能引起感温元件的形态变化。[0048]实施例一
[0049]一种磺酸化石墨烯材料的制备方法，包括以下步骤:
[0050](I)称取I克的氧化石墨加入到装有IL去离子水的烧杯中，将烧杯放置在超声清洗仪里超声30分钟，制得氧化石墨烯悬浮液；
[0051](2)往氧化石墨烯悬浮液里加入2g磺胺酸、0.75g亚硝酸钠及7.5g浓度为37%的盐酸，在冰浴下先充分搅拌5小时，然后继续搅拌，直至溶液温度慢慢升到室温；
[0052](3)在室温下加入80%的水合肼50mL，在油浴里加热到100°C，反应24小时，制备出磺酸化石墨烯(沉淀物)；用滤纸滤取沉淀物，用去离子水清洗后得到磺酸化石墨烯材料。
[0053]为测试步骤(3)所得到的磺酸化石墨烯材料的热稳定性，本实施例还对还原石墨烯、磺酸化石墨烯与氧化石墨进行了热重测试，具体操作为:把样品放入热重测试仪里，在空气环境下按10°c /min的速度升温，每分钟测试一次样品的重量，然后绘制热重图谱。
[0054]图2是本实施例制得的磺酸化石墨烯材料的热重图谱，从热重图谱中可以看出，磺酸化石墨烯的热稳定性介于还原石墨烯与氧化石墨之间，符合磺酸化石墨烯的特点。
[0055]实施例二
[0056]一种磺酸化石墨烯材料的制备方法，包括以下步骤:
[0057](I)称取4.86克氧化石墨烯倒入至烧杯中，加入IOL蒸馏水，放置在搅拌机上搅拌20分钟，制得氧化石墨烯悬浮液；
[0058](2)往氧化石墨烯悬浮液中加入10克磺胺酸、5克亚硝酸钠及92.5克浓度为20%的盐酸，将烧杯置于恒温:TC冰水浴锅中，搅拌3小时，取出烧杯后放置在搅拌机上继续搅拌，直至烧杯内溶液恢复至室温；
[0059](3)往溶液中加入50%的水合肼1L，再将烧杯置于电热炉上加热至沸腾，维持烧杯内溶液温度在80~120°C之间反应15小时，制备出磺酸化石墨烯(沉淀物)；用滤纸滤取沉淀物，倒入烧杯中，加入蒸馏水搅拌后再次过滤，滤取滤渣，得到磺酸化石墨烯材料。
[0060]将过滤得到的磺酸化石墨烯材料摊开，置于阴凉通风处自然风干，干燥后装罐保存。
[0061]实施例三
[0062]一种磺酸化石墨烯材料的制备方法，包括以下步骤:
[0063](I)称取81克氧化石墨烯倒入至研钵中，加入IOOmL去离子水，将氧化石墨烯研磨至溶解状态，将研钵中的溶液倒入烧杯中，加入900mL去离子水，搅拌均匀制得氧化石墨烯悬浮液；
[0064](2)往氧化石墨烯悬浮液中加入3克磺胺酸、I克亚硝酸钠及6.5克浓度为40%的盐酸，将烧杯置于冰块上，搅拌8小时，移除冰块后将烧杯放置在搅拌机上继续搅拌，直至烧杯内溶液恢复至室温；
[0065](3)往溶液中加入70%的水合肼IOOmL,再将烧杯置于恒温80°C水浴锅中，反应30小时，制备出磺酸化石墨烯(沉淀物)；滤取沉淀物并用去离子水清洗I~2遍，得到磺酸化石墨烯材料；
[0066]实施例四
[0067]一种温度感应开关，包括开关基体与感温元件；[0068]所述开关基体包括外壳，固定在外壳内部且相互分离的一号铜板与二号铜板，固定在一号铜板上且与二号铜板形成弹性接触的铜片，分别连接一号铜板和二号铜板的电源线；所述感温元件固定在所述外壳内部，所述感温元件受热伸长可推动所述铜片与所述二号铜板接触；所述感温元件是由实施例一制备的磺酸化石墨烯材料按15: I的比例加入明胶，混合后风干最后压制而成的。
[0069]下面结合【专利附图】
【附图说明】对本实施例制得的温度感应开关作进一步描述。
[0070]请参考图1，一种温度感应开关，包括中空的外壳1、感温元件2、厚度较大的一号铜板3、厚度较小的二号铜板4、弹性可弯曲的铜片5、电源线6。
[0071]其中，中空的外壳I为中空的长方体玻璃箱，箱体左右两个侧面底部设有线孔，线孔孔径与电源线6外径相等，保证插入电源线6后箱体密封，以防止外部湿气与氧分对箱内部件的侵蚀。
[0072]其中，一号铜板3为长方形导电板,安装在外壳I内部底面的左端。
[0073]其中，二号铜板4也为长方形导电板，厚度比一号铜板3小，安装在外壳I内部底面的右端，并不直接与一号铜板3接触。
[0074]其中，铜片5为长方形导电片，左端平行焊接到一号铜板3顶面上，右端延伸到二号铜板4的上方，由于二号铜板4的厚度比一号铜板3的厚度小，铜片5在自然条件下不与二号铜板4相接触。 [0075]其中，电源线6共有两根，分别穿插在外壳I左右两个侧面底部的线孔中，并分别与一号铜板3和二号铜板4连接，用于将所述温度感应开关连接到外部电路上；
[0076]其中，感温元件2为长方体条状物，顶端安装到外壳I的顶面，并位于铜片5右端的正上方，所述感温元件2底面与所述铜片5的顶面之间仅有Imm缝隙，当外部环境骤然升高时，感温元件2受热伸长，其底部与铜片5接触并将铜片5压弯，使铜片5触碰到二号铜板4，从而将一号铜板3和二号铜板4连通，电路因此开启；当外部环境回归正常时，感温元件2逐渐缩短，松开铜片5，铜片5因弹性作用与二号铜板4分离，电路因此断开。
[0077]其中，所述感温元件的具体制备过程为:将实施例一所得到的磺酸化石墨烯材料按质量比为15: I的比例加入工业明胶，放入低温风干机中，10°C下风干48小时，干燥后压制成尺寸为20mm*10mm*3mm的感温元件。
[0078]表1为本发明实施例所制备的感温元件的性能参数表，其中适温范围指的是此感温元件可工作的环境温度范围；灵敏度指的是能引起此感温元件长度变化0.1mm所需要的温度变化值；线膨胀率指的是温度变化1°C时此感温元件长度的变化值；最大伸长量指的是此感温元件受热的的最大变化量。结果表明，本实施例制备的感温元件灵敏度高，线膨胀率高，在-30~120°C条件下，0.05°C的温度变化就能引起感温元件的形态变化。
[0079]表1感温元件的性能参数表
[0080]
【权利要求】
1.一种磺酸化石墨烯材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤: (1)将氧化石墨烯溶于水中，搅拌均匀制成0.006~lmol/L的氧化石墨烯悬浮液； (2)往氧化石墨烯悬浮液中依次加入磺胺酸、亚硝酸钠、稀盐酸，在O~5°C环境下充分搅拌3~8小时，然后继续搅拌，直至溶液温度回升至20~30°C ; (3)加入水合肼，并将溶液加热至80~120°C，反应15~30小时，反应结束后进行清洗和过滤，得到磺酸化石墨烯材料。
2.根据权利要求1所述的一种磺酸化石墨烯材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述的水为去离子水。
3.根据权利要求1所述的一种磺酸化石墨烯材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述的氧化石墨烯悬浮液浓度为0.01~0.lmol/L。
4.根据权利要求1或3所述的一种磺酸化石墨烯材料的制备方法，其特征在于，所述的氧化石墨烯悬浮液浓度为0.01mol/Lo
5.根据权利要求1所述的一种磺酸化石墨烯材料的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述的石墨烯悬浮液、磺胺酸、亚硝酸钠、稀盐酸四者的质量比例为1000:1~3: 0.5~I: 5 ~7。
6.根据权利要求1所述的一种磺酸化石墨烯材料的制备方法，其特征在于，步骤(3)所述的溶液加热至100°C，反应24小时。
7.根据权利要求1所述 的一种磺酸化石墨烯材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法还包括将过滤得到的磺酸化石墨烯材料进行干燥。
8.一种磺酸化石墨烯材料，其特征在于，所述磺酸化石墨烯材料是通过权利要求1~7中任意一项所述的方法制备的。
9.一种温度感应开关，包括开关基体、电源线与感温元件，其特征在于，所述开关基体包括外壳，固定在外壳内部且相互分离的一号铜板与二号铜板，固定在一号铜板上且与二号铜板形成弹性接触的铜片，分别连接一号铜板和二号铜板的电源线； 所述感温元件固定在所述外壳内部，所述感温元件受热伸长可推动所述铜片与所述二号铜板接触；所述感温元件是由权利要求8所述的磺酸化石墨烯材料按5~20: I的比例加入明胶，混合后风干最后压制而成的。
10.根据权利要求9所述的一种温度感应开关，其特征在于，所述感温元件是由权利要求8所述的磺酸化石墨烯材料按10~15: I的比例加入明胶，混合后风干最后压制而成的。
【文档编号】H01H37/48GK103626159SQ201210304049
【公开日】2014年3月12日 申请日期:2012年8月24日 优先权日:2012年8月24日
【发明者】周明杰, 袁新生, 王要兵 申请人:海洋王照明科技股份有限公司, 深圳市海洋王照明技术有限公司, 深圳市海洋王照明工程有限公司
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