[发明专利]一种层状二维纳米片/碳化纤维复合材料及制备方法和应用

说明书

本发明提供了一种层状二维纳米片/碳化纤维复合材料，该层状二维纳米片/碳化纤维复合材料的结构是片状堆叠的三维层状结构，所述层状二维纳米片附着在纤维网格上。本发明还提供了该层状二维纳米片/碳化纤维复合材料的制备方法及其应用。本发明的层状二维纳米片/碳化纤维复合材料的制备方法简单，原料来源广泛，尤其适用于大规模生产；利用压力作用在制备的层状二维纳米片/碳化纤维复合材料上所产生的形变而导致其电阻率的变化来达到压变式传感器的效果，在日常生活和工业生产中具有广阔的应用前景。

技术领域

本发明涉及复合材料制备领域，尤其涉及一种层状二维纳米片/碳化纤维 复合材料。

背景技术

随着计算机控制、通讯、网络等技术的发展，信息交换沟通的领域正在迅 速覆盖从工厂的现场设备层到控制、管理各层次。集控数据处理平台，业已成 熟，网络数据采集传感器，国内尚处萌芽。在压变式传感器的基础上,进行技术 拓展，提升其信息化水平，形成具有数字化、无线化、智能化、网络化功能的 新型智能化网络压变式传感器。同时压变式传感器是结构安全程度监测系统的 基础组成部分，使我们可以监测由疲劳载荷，环境腐蚀或自然灾害造成的结构 损坏。

现有的压变式传感器包括压电式传感器和压磁式传感器；压电式传感器是 力敏感元件，它能够测量最终能变换为力的那些物理量，例如力、压力、加速 度等各种动态力、机械冲击与振动的测量；压电式传感器常见的有石英晶体和 压电陶瓷等；压磁式传感器是基于铁磁材料压磁效应的传感器，其是由铁磁材 料制成的，它是把作用力的变化转换成导磁率的变化，并引起绕于其上的线圈 的阻抗或电动势的变化从而感应出电信号。而压电式传感器和压磁式传感器都 存在灵敏度较低和使用寿命的问题。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种能够用于压变式传感器的复合材 料。该复合材料为层状二维纳米片/碳化纤维复合材料。

本发明的技术方案如下：

一种层状二维纳米片/碳化纤维复合材料，所述层状二维纳米片/碳化纤维 复合材料的结构是片状堆叠的三维层状结构，所述层状二维纳米片附着在纤维 网格上。

上述的层状二维纳米片/碳化纤维复合材料的制备方法，其包括

S100：纤维原材料预处理；将纤维原材料进行预处理，预处理之后得到的 纤维粉碎料的直径小于50μm，含水率为8％～10％；

S200：制备悬浊液；将步骤S100得到的纤维粉碎料、二维纳米片和去离 子水混合后进行胶磨处理得到悬浊液；其中所述纤维粉碎料与所述二维纳米片 的重量份数比为99.5～80：0.5～20，所述去离子水的加入量为纤维粉碎料与二 维纳米片的总重量的3～9倍；其中二维纳米片的表面最好有一定的含氧官能团， 如此能与木纤维更好的结合；

S300：制备层状二维纳米片/纤维复合材料前驱体；将步骤S200得到的悬 浊液进行抽滤处理得到层状二维纳米片/纤维复合材料前驱体；

S400：制备层状二维纳米片/纤维复合材料；将步骤S300得到的层状二维 纳米片/纤维复合材料前驱体进行热压处理得到层状二维纳米片/纤维复合材料；

S500：制备层状二维纳米片/碳化纤维复合材料；将步骤S400得到的层状 二维纳米片/纤维复合材料进行碳化处理即可得到所述的层状二维纳米片/碳化 纤维复合材料。

其中，步骤S100中的所述纤维原材料为木材、竹材以及其相应的加工剩 余物，农作物废弃物或禾本科野草。

其中，所述二维纳米片为蒙脱土，石墨烯，氧化石墨烯或者其他人工合成 的二维纳米复合材料。

其中，步骤S200中所述胶磨处理的时间为1～24h。

其中，所述层状二维纳米片/纤维复合材料前驱体的结构为片状堆叠的三 维结构。