一种纳米银石墨烯电热柔性复合材料及其制备方法

文献发布时间：2024-04-18 19:58:30

技术领域

本发明涉及高性能纺织面料技术领域，尤其涉及一种纳米银石墨烯电热柔性复合材料及其制备方法。

背景技术

近年来，随着科学技术的发展和人们对服装观念的转变，可穿戴智能产品因其在健康监测、便携式能量收集和存储、无线通信等方面的潜在应用而受到广泛关注。将可穿戴传感设备集成到纺织品或服装中，已成为柔性智能可穿戴的潮流趋势。

石墨烯是一种单原子厚度的二维蜂窝状晶格结构的材料，由于石墨烯及其衍生物具有热稳定性，同时被认为是热力学上最稳定的碳异构体，使其成为导电、导热纺织品中电子元件领域最热门的候选材料之一。纳米金属作为高导电材料，其内部存在大量的可以自由移动的自由电子，这些自由电子在电场力的作用下定向移动而形成电流，从而使其具有导电性，同时内部的声子、电子扩散运动使得纳米金属具有优异的焦耳加热性能，相较传统金属材料其在柔性方面有所展现被广泛应用。

如CN 104277592A公开了一种石墨烯基水性墨水及其喷墨打印透明的图案化导电电极的应用，所得透明图案在银纳米片与石墨烯混合制备的墨水打印下获得最小电阻为170Ω/Sq，其中银纳米片的制备涉及到硼氢化钠和抗坏血酸两次还原，清洗，真空抽滤及分散，其过程耗时较长且导电材料与基地结合牢度低；CN 114477152A公开了一种银纳米颗粒/多层石墨烯复合材料及制备方法，其采用膨胀石墨制备多层石墨烯分散液，通过水热反应将银氨络合物与石墨烯结合，后采用抗坏血酸作还原制备银纳米颗粒/多层石墨烯复合材料，但是在制备过程中由于分子间力较弱，使得银氨络合物无法大量被吸附，从而使最终产物电阻增大；CN 110060886 A公开了一种纤维/石墨烯/FeOF/Ag柔性电极材料的制备方法，其通过层层自组装以及丝网印刷的方式将石墨烯、FeOF、Ag处理至织物，但其工艺耗时较长且在高温下还原，过程中还需惰性气体保护。

因此需提供一种低温制备、结合牢度高、导电发热性能优异的电热材料的制备方法。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中工艺耗时较长且在高温下还原，过程中还需要惰性气体保护等技术问题。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

一种柔性电热复合材料的制备方法，包含以下步骤：

S1：将棉织物浸入GO分散液中，获得GO/Cotton：

S2：将S1中获得的BTCA/GO/Cotton浸渍整理液，获得BTCA/GO/Cotton

S3：将S2中获得的BTCA/GO/Cotton浸入银氨溶液，获得

Ag/BTCA/GO/cotton；

S4：水合肼还原获得Ag/BTCA/rGO/cotton。

优选的，所述S1的具体步骤为将棉织物润湿浸入GO分散液中搅拌20min，取出后80℃烘干，此过程为一次浸渍，重复浸渍5次，制得GO/Cotton。

优选的，所述S1中所使用的GO平均片径为35μm，所述GO分散液的浓度为5g/L。

优选的，所述S2的具体步骤为：按照浴比50:1，将S1中的GO/Cotton浸入含有80-120g/L的BTCA，36～100g/L的SHP及60g/L的DMSO的整理液中，二浸二轧，轧余率100％，80℃预烘5min，120～160℃固化3min，制得BTCA/GO/Cotton。

优选的，所述整理液为120g/LBTCA，100g/L SHP及60g/LDMSO，浸渍整理液的时间为3min。

优选的，所述S3的具体步骤为将S2中制备的BTCA/GO/Cotton润湿后浸入银氨溶液中并将其置于水浴震荡器重剧烈振荡30min，浸入过程中，保持室温条件(20±2℃)，振荡完成后，向其滴加适量还原剂混合均匀后，静置2h，然后取出烘干制备得到Ag/BTCA/GO/cotton。

优选的，所述还原剂为乙二醛。

优选的，所述S4具体步骤为将S3中获得的Ag/BTCA/GO/cotton，经水合肼90℃还原2h制备Ag/BTCA/rGO/cotton。

本申请还提供了一种纳米银石墨烯电热柔性复合材料，使用实施所述的制备方法制备获得。

与现有技术相比，本申请具有以下的有益效果：

(1)本申请中的制备方法采用原位沉积和浸轧烘工艺，将石墨烯、纳米银等功能材料整理到织物表面，其中采用BTCA对织物进行整理，并经过还原剂还原，使得Ag离子在常温下还原为纳米银单质；

(2)本申请还采用水合肼对织物进行还原，其将GO还原为石墨烯的同时可对未完全还原的Ag离子进一步还原为银单质，此外水合肼可与BTCA缩合形成酰胺键，在织物表面形成一层膜状物质以增强银单质和石墨烯对织物的附着及水洗牢度；

(3)上述制备方法所制备的智能纺织品耐皂洗牢度高，在较短时间内可实现快速升温，在柔性智能可穿戴领域具有较好的应用前景。

附图说明

图1为本发明一实施方式中制备的GO形貌图；

图2为本发明实施例2中所获得的Ag/BTCA/rGO/Cotton放大50000倍的SEM图；

图3为本发明实施利中所获得的Ag/BTCA/rGO/Cotton在2.5V电压下通电2min所测红外成像图。

具体实施方式

以下结合具体实施例，对本发明作进一步地详细说明。

一种柔性电热复合材料的制备方法，其包含以下步骤：

S1：将棉织物浸入GO分散液中，获得GO/Cotton：

具体的，在一实施方式中，将棉织物润湿浸入GO分散液中搅拌20min，取出后80℃烘干，此过程为一次浸渍，重复浸渍1-9次，制得GO/Cotton。优选的，重复次数为5。

在一实施方式中，所述GO分散液为自制氧化石墨烯，制备步骤如下：先将石墨箔作为正极，铂丝作为负极，浓硫酸溶液作为电解质，连接电化学工作站，输入直流电源，通电30min后，经过滤收集电化学修饰的石墨，后采用改进的hummers法制备氧化石墨烯，具体的，在一实施方式中，在冰浴条件下向装有500mL浓硫酸的烧杯中加入6g石墨粉末，搅拌条件下分批次缓慢加入30g高锰酸钾；常温下搅拌6h后向烧杯中加入500mL去离子水，50mL双氧水；溶液变为棕黄色后加入50mL盐酸(5％)和500mL去离子水，静置待溶液分层后，将固体用去离子水清洗至中性，经冷冻干燥后所得固体即为GO。

在一实施方式中，所制备的GO片径分布在35μm左右，其SEM形貌图如图1所示；GO分散液的浓度为5g/L。

S2：将S1中获得的BTCA/GO/Cotton浸渍整理液，获得BTCA/GO/Cotton按照浴比50:1，将S1中的GO/Cotton浸入含有80-120g/L丁烷四羧酸(BTCA)，36～100g/L次亚磷酸钠(SHP)及60g/L二甲基亚砜(DMSO)的整理液中，二浸二轧，轧余率100％，80℃预烘5min，120～160℃固化3min，制得BTCA/GO/Cotton；

在一实施方式中，整理液为120g/LBTCA，100g/L SHP及60g/LDMSO，浸渍整理液的时间为3min。

S3：将S2中获得的BTCA/GO/Cotton浸入银氨溶液，获得Ag/BTCA/GO/cotton；

具体的，在一实施方式中，将S2中制备的BTCA/GO/Cotton润湿后浸入银氨溶液中并将其置于水浴震荡器重剧烈振荡30min，浸入过程中，保持室温条件(20±2℃)，振荡完成后，向其滴加适量还原剂混合均匀后，静置2h，然后取出烘干制备得到Ag/BTCA/GO/cotton；在一实施方式中，所述还原剂为乙二醛。

在一实施方式中，所述银氨溶液的制备方法如下：取1mM～0.15M硝酸银，向其滴入适量氨水使溶液中沉淀消失以制备银氨溶液；优选的，所述硝酸银的浓度为0.1M，制备获得的银氨溶液的pH值为9-10.

S4：水合肼还原

在一实施方式中，将S3中获得的Ag/BTCA/GO/cotton，经水合肼90℃还原2h制备Ag/BTCA/rGO/cotton。

其中，在一实施方式中，S3与S4的浴比均为50:1。

本申请还提供了一种纳米银石墨烯电热柔性复合材料，其通过上述制备方法制备获得的。

以下是根据上述制备方法制备的6组纳米银石墨烯电热柔性复合材料。

实施例1：