[发明专利]一种基于银纳米线的导电棉布及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明属于电化学领域，涉及一种导电材料的制备方法，尤其涉及一种负载银纳米线的可弯曲导电棉布，可折叠载体的制备方法及应用。

背景技术

近年来，可穿戴电子设备因其独特的功能，如柔性、可拉伸、轻便等优点而逐渐受到关注。典型的代表包括：高性能的运动服、可穿戴显示器、新型便携电源以及嵌入式健康监控设备等。无一例外地，所有这些电子应用都需要具备质量轻便、可穿戴的能量转换和存储设备。

然而传统的电荷存储设备，例如电池，因为质量跟体积的原因而使其应用受限。而目前的便携式电子设备，如手机、笔记本电脑和相机等只能满足上述需求的某一方面。因此很多研究人员致力于研究基于超级电容和薄膜电池的柔性的、安全的能源设备以满足现代电子工业及环境降解的多种需求。

棉布是一种由天然棉纤维编织而成的具有复杂的表面形貌及较多官能团(羟基)和较高孔隙率的柔性多孔织物。这种结构使得纤维可以吸附大量的水或者极性溶剂，从而导致纤维润胀。

目前已经有研究使纳米材料结合到织物中以制备柔性、轻薄、可穿戴的能量转换和存储设备。例如碳纳米管(CNT)、石墨烯(Graphene)、MnO₂、NiO及聚苯胺等。这种简易自组装纳米复合能量存储系统为宽范围的温度和环境条件提供了史无前例的设计思路。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于银纳米线的导电棉布。

本发明的另一目的在于提供上述导电棉布的制备方法，该方法是一种清洁、方便简洁、无污染的绿色工艺，适合大规模生产。

本发明还提供了上述导电棉布的应用，制成了超级电容的电极，获得了优良的电化学性能。

本发明的目的通过以下技术方案得以实现：

一种基于银纳米线的导电棉布的制备方法，包括如下步骤：

(1)制备具有高长径比的银纳米线，并将其分散在乙醇溶液中，制成银纳米线/乙醇分散液；

(2)将棉布浸泡于银纳米线/乙醇分散液中，取出干燥后再次浸泡于上述分散液中，反复多次得到表面吸附有银纳米线的导电棉布。

步骤(1)中所述银纳米线的制备：将硝酸银(AgNO₃)、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、氯化钠、硝酸铜分散于乙二醇中，加热搅拌，将所得的银灰色溶液用无水乙醇稀释后，不断离心洗涤，直至上清液无色透明为止。最终得到银纳米线的无水乙醇溶液于室温下保存。

所述AgNO₃与PVP的摩尔比为1:0.5-1:2，AgNO₃与硝酸铜的摩尔比为1:0.001-1:0.01，AgNO₃与氯化钠的摩尔比为1:0.01-1:0.1。

所述加热温度为150-180℃，加热时间为1.5-3.0h。

洗涤时，离心转速为1000-3000rpm，时间为10-20min。

步骤(1)所述银纳米线长度为5-30μm，直径为30-250nm。

步骤(2)中所述干燥是将浸泡过银纳米线的棉布置于50℃真空干燥箱中干燥1h，用于下次浸泡。

将上述方法制备的导电棉布负载于集流体上，作为超级电容器的电极。

所述超级电容电极的制备：采用导电银胶作粘结剂，将银纳米线导电棉布紧贴于集流体上，组装成电极，浸泡于电解液中。

本发明通过简单浸渍的方法将银纳米线负载于棉布上，制成了具有优良电化学性能的超级电容电极。

本发明与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：

(1)银纳米线均匀且牢固分布于棉布的多孔网络结构内，形成了交错连接的导电通路，为电子的传输提供了路径；用于制备超级电容器的电极，测得其具有较高面电容。

(2)将天然的棉布作为基底，可以扩大其应用范围，尤其可应用于可穿戴电子器件中。

(3)银纳米线导电棉布的机械、化学稳定性优良，为后续的应用奠定了优良的基础。

(4)整个制备工艺清洁、简单、无污染，适合大规模生产。

附图说明

图1为本发明实施例1-4的银纳米线的紫外光谱图。

图2为本发明实施例1的银纳米线的XRD图。

图3为本发明实施例1-4的银纳米线的扫描电镜图；A：实例1；B：实例2；C：实例3；D：实例4。

图4为本发明实施例1的银纳米线/棉布的机械稳定性测试。

图5为本发明实施例1的银纳米线/棉布的化学稳定性测试。

图6为利用实施例1的产品所制备的电极其电容随扫描速率变化的曲线。