[发明专利]一种仿生三元体系石墨烯-黑磷纳米复合材料薄膜制备方法

权利要求书

1.一种仿生三元体系石墨烯-黑磷纳米复合材料薄膜制备方法，其特征在于，实现步骤如下：

（1）将通过超声剥离与离心方法制备好的黑磷纳米片溶液在不断搅拌下加入氧化石墨烯水溶液中，获得黑磷纳米片和氧化石墨烯均一分散液；

（2）将所述黑磷纳米片和氧化石墨烯均一分散液进行超声处理，然后进行搅拌化学反应，得到均匀的黑磷纳米片和氧化石墨烯分散液；

（3）将步骤（2）所得到均匀的黑磷纳米片和氧化石墨烯分散液进行真空抽滤，黑磷和氧化石墨烯经过自组装制备得到氧化石墨烯-黑磷纳米复合材料薄膜；

（4）改变步骤（1）中加入黑磷纳米片溶液的质量，重复步骤（1）（2）、（3），获得不同黑磷含量的氧化石墨烯-黑磷纳米复合材料薄膜；

（5）将步骤（4）所得的氧化石墨烯-黑磷纳米复合材料薄膜用氢碘酸还原，得到仿贝壳超韧性的还原氧化石墨烯-黑磷纳米复合材料薄膜；

（6）将步骤（5）中的还原氧化石墨烯-黑磷纳米复合材料薄膜，浸泡于1-氨基芘-辛二酸双（N-羟基琥珀酰亚胺酯）分子的N,N-二甲基甲酰胺溶液中，得到超韧性三元体系石墨烯-黑磷纳米复合材料薄膜；

所述步骤（5）中，采用浓度为37.0-38.0% HI溶液处理步骤（4）制备氧化石墨烯-黑磷纳米复合材料5-6 h，之后先用乙醇进行冲洗，再浸泡12-24 h，50 -60 °C条件下真空烘干，即得到仿贝壳超韧性的还原氧化石墨烯-黑磷纳米复合材料薄膜；

所述步骤（6）中还原氧化石墨烯-黑磷纳米复合材料，浸泡于12 mM的1-氨基芘-辛二酸双（N-羟基琥珀酰亚胺酯）分子的N,N-二甲基甲酰胺溶液中18-24 h，用N,N-二甲基甲酰胺溶液冲洗4-5次，再用乙醇冲洗5-6次，之后在50 -60 °C条件下真空烘干，得到超韧性三元体系石墨烯-黑磷纳米复合材料薄膜。

2.根据权利要求1所述的一种仿生三元体系石墨烯-黑磷纳米复合材料薄膜制备方法，其特征在于：还包括步骤（7），所述步骤（7）是：将步骤（6）中所得的三元体系石墨烯-黑磷纳米复合材料薄膜室温条件下放置1-14天后，测定三元体系石墨烯-黑磷纳米复合材料薄膜的200 nm-800 nm紫外吸收光谱以及拉伸强度179.3-653.5 MPa，得到三元体系石墨烯-黑磷纳米复合材料薄膜化学稳定性性能，韧性保持率范围为95.4%-104.5%。

3. 根据权利要求1所述的一种仿生三元体系石墨烯-黑磷纳米复合材料薄膜制备方法，其特征在于：所述步骤（1）黑磷纳米片溶液的制备通过溶剂剥离方法制得，将黑磷晶体分散于水中，并且经过超声4-5 h，再经过离心分离，得到黑磷纳米片分散液；再将磷纳米片溶液与加入氧化石墨烯水溶液质量的比例为1-20%。

4. 根据权利要求1所述的一种仿生三元体系石墨烯-黑磷纳米复合材料薄膜制备方法，其特征在于：所述步骤（2）中，超声时间为5-10 分钟，搅拌反应在12-14 h。

5. 根据权利要求1所述的一种仿生三元体系石墨烯-黑磷纳米复合材料薄膜制备方法，其特征在于：所述步骤（3）中，真空抽滤，黑磷纳米片和氧化石墨烯经过自组装制备得到氧化石墨烯-黑磷纳米复合材料薄膜的过程为：首先将均匀的黑磷纳米片和氧化石墨烯分散液加入真空度达到0.09-0.1 MPa；待抽滤完成，即得到仿生层状氧化石墨烯纳米复合材料，所得氧化石墨烯-黑磷纳米复合材料薄膜的厚度1-10 μm。

6. 根据权利要求1所述的一种仿生三元体系石墨烯-黑磷纳米复合材料薄膜制备方法，其特征在于：所述步骤（4）中黑磷纳米片质量分数在1-20 %，即加入的氧化石墨烯的质量占氧化石墨烯和黑磷纳米片两者总质量范围为99-80%，通过表征不同质量分数氧化石墨烯-黑磷复合材料的力学性能，确定最佳力学性能的黑磷纳米片溶液所占的质量分数。

7. 根据权利要求1所述的一种仿生三元体系石墨烯-黑磷纳米复合材料薄膜制备方法，其特征在于：所述仿贝壳超韧性为5.4-51.8 MJ m^-3。