[发明专利]包含石墨烯的复合材料、制备方法，以及气体传感器

说明书

本发明公开了一种复合材料薄膜，包括石墨烯和乙基纤维素，其中，所述石墨烯和所述乙基纤维素质量比为1:1.5‑20，所述复合材料薄膜包括分散相和连续相，所述分散相为石墨烯，所述连续相为乙基纤维素。进一步，本发明提供一种气体传感器，其中包括根据上述的复合材料薄膜。本发明提供的材料具有自支撑特性，可单独裁剪操作获得不同的形状，以用于特定用途。

背景技术

本发明涉及一种石墨烯及类石墨烯材料的纳米复合材料，其制备方法，以及应用该材料的电子器件，特别是一种柔性气体传感器。

技术领域

相关技术的讨论

纳米复合材料通常由分散相(功能材料)和连续相(基体材料)材料构成，其中的分散相或连续相材料至少有一种材料的三维空间(任一维度)尺寸在1～100nm之间，这样的复合材料称为纳米复合材料。纳米复合材料可以综合发挥各组分材料的协同性能，且其功能具有很强的可设计性，因而引起了科研界和产业界的高度关注。

2004年，曼彻斯特大学的研究人员利用机械剥离法制备了人类历史上第一种稳定存在的二维、单原子层纳米材料——石墨烯。石墨烯具有独特的蜂窝状晶体结构，优异的电学性质(电子迁移率极高)，超高的杨氏模量和导热效率，广泛应用在场效应晶体管器件、气体传感、能源及废水处理等领域。鉴于石墨烯优异的物理化学性质，功能性纳米复合材料的优势，基于石墨烯(类石墨烯)纳米复合材料的设计和应用研究也引起广泛关注。

因为石墨烯独特的晶格结构，在将其与聚合物混合制备纳米复合材料时，很难获得分散均匀的纳米复合材料。为了解决这一问题，研究人员通过氟化、表面修饰、等方式提高石墨烯在聚合物中的分散均匀性，但这些方法往往需要复杂的化学工艺处理，提高了石墨烯纳米复合材料的环境成本和经济成本。也有研究人员利用氧化石墨烯的活性先制备氧化石墨复合材料，然后再通过化学方法还原氧化石墨烯从而获得石墨烯纳米复合材料，这种方法虽然可以获得分散均匀性极好的石墨烯纳米复合材料，但还原氧化处理时同样需要化学试剂的处理，不仅经济、环境成本高，还增加了杂质引入的风险。

另外一方面，当前普遍关注环境空气(气体)污染问题。空气污染的主要因素是汽车尾气、火力发电站、工业排放的硫化物、氮氧化物，以及建筑装修等排放的可挥发性有机气体等物质。这些有毒或易燃易爆气体对环境以及人们的身体健康带来了严重的危害。因此，及时而准确的监测诸如挥发性有机气体、二氧化氮等有毒有害气体在工业生产、日常生活中都有着非常重大的意义。此外，针对人体排出气体的检测，对人体疾病的监测也具有重要意义。

传统的气体传感器或气体传感系统一般是基于金属氧化物半导体材料，传感机理有电阻式、电化学、红外吸收、接触燃烧等。金属氧化物半导体气体传感器的性能对材料的种类、形貌、组分比例等的依赖性较高，工作时往往需要加热，且长期暴露于空气中，湿度、温度等其他外界环境会导致传感器的灵敏度下降，稳定性衰减，寿命减缩等问题。其传统传感器系统往往体积大、分析速度慢、时耗长，费用高，不适用于便携式或需要实时气体环境监测。

本文引用如下文献作为参考，并以全文引用的方式并入本文：

[Ref.1]W.Yuan,L.Huang,Q.Zhou,G.Shi,Ultrasensitive and selectivenitrogen dioxide sensor based on self-assembled graphene/polymer compositenanofibers,ACS Appl.Mater.Interfaces.6(2014)17003–17008.doi:10.1021/am504616c.

[Ref.2]N.D.Hoa,S.A.El-safty,Y.Liu,M.Guan,Z.Ji,X.Shen,Y.Chen,Q.Zhuang,Faster response of NO2sensing in graphene-WO3 nanocomposites,Nanotechnolo.23(2012)205501(7pp)