[发明专利]一种石墨烯/氧化锌纳米线阵列/三维泡沫石墨烯复合材料的制备及应用

说明书

一种石墨烯/氧化锌纳米线阵列/三维泡沫石墨烯复合材料的制备及应用，涉及一种复合材料的制备方法及其应用。本发明是要解决在生物传感器中现有材料检测叶酸灵敏度较低的问题。本发明制备方法如下：一、化学气相沉积法；二、水热合成法。一种石墨烯/氧化锌纳米线阵列/三维泡沫石墨烯具有比表面积大和电导性能优良等特点。本发明主要用于制备一种石墨烯/氧化锌纳米线阵列/三维泡沫石墨烯复合材料。

技术领域

本发明涉及一种石墨烯/氧化锌纳米线阵列/三维泡沫石墨烯复合材料的制备方法及其应用。

背景技术

石墨烯(Gr)是一种由单层碳原子以sp2杂化轨道结合而成的二维材料，具有优异的光透性，化学稳定性，导电性以及机械性能。在电子学，光学，生物医学，传感器，超级电容器中应用广泛。目前，石墨烯的制备方法主要有：机械剥离法，化学气相沉积法和还原氧化石墨烯法。其中，化学气相沉积法可以用三维结构的泡沫镍模板，制备出与模板结构形貌相同的三维泡沫石墨烯(GF)。三维泡沫石墨烯具有三维连通的网状空间结构，具有大的比表面积，可为金属氧化物在其表面的生长提供了良好的平台。

氧化锌是一种II-VI族半导体材料。氧化锌纳米线具有形貌可控的且易合成的优点，具有优异的生物兼容性，化学稳定性外，可以在生物传感器检测生物分子时提供了直接，快速的电子通道。常用的氧化锌纳米线的合成方法是水热合成法，该方法具有成本低，合成过程简单的优势。但是，由于氧化锌纳米线高的等电点（9.5），可以吸附生物分子而降低其灵敏度和稳定性。另外，氧化锌纳米线低的电导性一定程度上限制了其应用。

叶酸（FA）是一种水溶性维生素，对胎儿的生长发育是不可或缺的。成人缺少叶酸会导致贫血，其中，孕妇如果体内缺少叶酸，会导致胎儿体重过低，兔唇以及心脏先天性缺陷。体内过多的FA可导致缺锌，厌食、恶心等胃肠道症状。所以，准确的检测人体中叶酸的含量具有非常重要的意义。

发明内容

本发明是要解决氧化锌纳米线高的等电点易吸附生物分子，同时低的电导性，限制了该材料在生物传感器应用的问题。将氧化锌纳米线阵列垂直生长在化学气相沉积方法制备的高电导的三维石墨烯上，之后进一步利用化学气相沉积法在氧化锌纳米线阵列表面包覆石墨烯。开发一种石墨烯/氧化锌纳米线阵列/三维泡沫石墨烯复合材料，从而提供一种石墨烯/氧化锌纳米线阵列/三维泡沫石墨烯复合材料的制备方法及其应用。

本发明提供的一种石墨烯/氧化锌纳米线阵列/三维泡沫石墨烯复合材料的制备方法是按以下步骤进行：

一、化学气相沉积法

1)将泡沫镍置于石英管式炉中央，在氩气和氢气的保护下从室温以10 ℃/min~30℃/min的升温速率加热至温度为900 ℃~1200 ℃，并在温度为900 ℃~1200 ℃的条件下保温30 min~60 min，在温度为900 ℃~1200 ℃的条件下向管式炉中以5sccm~10sccm的速率通入甲烷气体5 min~20 min，然后将石英管式炉以70℃/min~90℃/min的冷却速率从温度为900 ℃~1200 ℃冷却至室温，得到被石墨烯包覆的泡沫镍；步骤一1）中所述的泡沫镍密度为420 g/m2~440 g/m2,厚度为1.5 mm~2.0 mm；步骤一1）中所述的氩气的流速为450 sccm~550 sccm，氢气的流速为150 sccm~250 sccm；

2)将聚甲基丙烯酸甲酯加入乳酸乙酯中，在温度为80 ℃~120 ℃的条件下加热搅拌1 h~2 h得到混合溶液，按每平方厘米有100 μL~200 μL的使用量利用加样枪将混合溶液滴加到步骤一1）得到的被石墨烯包裹的泡沫镍表面上，在室温下自然干燥，然后在温度为150 ℃~200 ℃的条件下保温0.5 h~1 h得到表面包覆聚甲基丙烯酸甲酯的泡沫石墨烯；步骤一2）中所述的混合溶液中甲基丙烯酸甲酯的质量分数为4 %~5 %；