[发明专利]Cu纳米线-还原氧化石墨烯三维多孔薄膜的制备方法及应用

说明书

技术领域

本发明属于还原氧化石墨烯复合材料传感器领域，尤其涉及一种使用Cu纳 米线、还原氧化石墨烯和PDMS复合材料制备方法，以及用其制备应变传感器 的方法。属于先进石墨烯复合材料传感器制备的技术领域。

背景技术

Cu作为人类最先发现并利用的金属元素之一，自然界储藏量大，价格低廉， 其价格约为金的百分之一、银的十分之一。Cu纳米线作为一维纳米材料，不仅 保留其它纳米材料的共性，还具有较大的长径比和比表面积，良好的导电、催 化和机械性能。因此，Cu纳米线广泛应用于电子电路、化学催化和柔性导电器 件等领域。

石墨烯是一种由碳原子以SP²杂化轨道组成六角形呈蜂巢晶格的二维单层 片状结构，具有透光率高、载流子迁移率高、良好的化学稳定性及其卓越的机 械性能等优点。因此，石墨烯广泛用于电池、超级电容器和催化剂载体等领域 并且也可以作为化学、生物传感器，用于可穿戴设备。但石墨烯一般通过繁琐、 复杂且高成本的化学气相沉积法制备，不利于大规模推广应用。于是，大部分 研究人员采用简单、高效的氧化还原法制备还原氧化石墨烯替代石墨烯，在保 证其基本特性的基础上，降低生产成本和技术难度。

PDMS由于具有极好的弹性和生物相容性，广泛作为柔性电子器件的柔性 衬体。此外，PDMS还具备高透光性，高灵敏度，以及极短的弛豫时间等优点， 将其作为石墨烯或者还原氧化石墨烯的柔性衬体，做成应变传感器或者化学传 感器，不仅能够充分发挥石墨烯与还原氧化石墨烯的优良性能还能提高器件的 柔韧性，使传感器更符合实际应用。

近年来，柔性可穿戴电容型和电阻型应变传感器受到研究人员的广泛关注。 如碳纳米管薄膜/PDMS微阵列电容型应变传感器、三维石墨烯/PDMS电阻型应 变传感器和银纳米线/PDMS电阻型应变传感器等。但电容型应变传感器不能承 受较大应变，电阻型应变传感器灵敏度较低且应变检测范围较窄，制约其广泛 应用于可穿戴设备。而我们充分利用Cu纳米线、三维还原氧化石墨烯和PDMS 的优点，制备Cu纳米线-还原氧化石墨烯-PDMS复合材料并将其应用于电阻型 应变传感器，具有灵敏度高和应变检测范围广等优点。此外，该材料和器件制 备方法条件温和，简单易行，工艺参数可控，成本低廉，可重复性高。因此， 该Cu纳米线-还原氧化石墨烯-PDMS复合材料应变传感器作为可穿戴设备具有 巨大的应用前景。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种Cu纳米线-还原氧化石 墨烯三维多孔薄膜的制备方法及应用。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：一种Cu纳米线-还原氧化石墨 烯三维多孔薄膜的制备方法，步骤如下：

(1)向乙二醇中加入Cu纳米线、抗坏血酸和氧化石墨烯，使得Cu纳米线 的浓度为0.1mg/mL-0.4mg/mL，抗坏血酸的浓度为2.0mg/mL，氧化石墨烯的 浓度为1.0mg/mL；混合均匀后移至水热反应釜中，将其置于120℃鼓风干燥箱 中反应4h，再冷却至室温，得到Cu纳米线-还原氧化石墨烯复合水凝胶；

(2)将步骤1制备得到的Cu纳米线-还原氧化石墨烯复合水凝胶置于0.5 wt％水合肼溶液中透析16h，再取出倒入去离子水中搅拌分散均匀，得到悬浮液， 再用砂芯过滤装置抽滤并干燥，得到Cu纳米线-还原氧化石墨烯三维多孔薄膜。

进一步地，步骤1中氧化石墨烯与抗坏血酸的质量比为1:2。

一种Cu纳米线-还原氧化石墨烯三维多孔薄膜的应用，该应用为：将Cu纳 米线-还原氧化石墨烯三维多孔薄膜用于制备应变传感器。

进一步地，该应用具体为：将Cu纳米线-还原氧化石墨烯薄膜剪成2cm×0.5 cm的长条，两端分别通过银胶与铜线连接作为电极，再用液态PDMS对薄膜进 行浇注，真空抽滤除气泡，并置于70℃鼓风干燥箱中2h，使其交联固化，得 到应变传感器。

本发明具有以下优点：Cu纳米线的加入使三维多孔还原氧化石墨烯具有更 大的比表面积，更优的导电性和机械性能；以PDMS作为柔性衬体，使其在各 种变形中性能保持稳定。该Cu纳米线-还原氧化石墨烯-PDMS复合材料制备方 法条件温和，简单易行，工艺参数可控，成本低廉，可重复性高。该Cu纳米线 -还原氧化石墨烯-PDMS复合材料应变传感器具有灵敏度高和应变检测范围广 等优点，且可用于可穿戴设备。

附图说明