[发明专利]一种基于牙齿的导电材料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种基于牙齿的导电材料及其制备方法和应用，该导电材料为脱矿牙齿经石墨化后除去杂质得到的碳化牙粉，其制备方法至少包括一次如下步骤：在气体保护下，将脱矿牙齿在650～750℃至少保温1h，冷却后的产物依次用酸、水洗涤，再用碱液浸泡至少6小时，所得碳化牙粉被部分石墨化，存在大量微孔、介孔和大孔，以及定向微米级管状结构，有利于离子吸附和传输，作为导电材料具有巨大的潜力；此外，脱矿牙齿片表现出柔性特点，其牙本质小管能够保证离子的快速流通；本发明以浸满电解液的脱矿牙齿片作为柔性电解质、以碳化牙粉作为电极活性材料组装成的柔性超级电容器具有优异的比电容和倍率性能。

技术领域

本发明涉及超级电容器技术领域，具体涉及一种基于牙齿的导电材料及其制备方法和应用。

背景技术

柔性超级电容器因其具有充放电响应快、功率密度大、稳定性高等特点，在可穿戴设备领域广受关注。柔性超级电容器通常由碳基电极和准固态凝胶电解质组成，通过凝胶电解质中的正负离子在电极/电解质界面形成双层结构来存储能量。目前，用于制作电极和凝胶电解质的原材料通常不可再生、难降解、高成本，并且还涉及复杂的制造工艺。

发明内容

发明人发现脱矿牙齿高温处理后被部分石墨化，存在大量微孔、介孔和大孔，以及定向微米级管状结构，从而有利于离子吸附和传输，作为导电材料具有巨大的潜力；此外，脱矿牙齿片具有柔性特点，且牙本质小管结构得以保留，能够保证离子的快速流通；本发明以浸满电解液的脱矿牙齿片作为柔性电解质、以碳化牙粉作为电极活性材料组装成柔性超级电容器，该柔性超级电容器表现出优异的比电容和倍率性能。

本发明提供的技术方案具体如下：

第一方面，本发明提供一种基于牙齿的导电材料，该导电材料为脱矿牙齿经石墨化后除去杂质得到的碳化牙粉，该碳化牙粉由于残留羟基磷灰石的存在，只能部分石墨化，但存在大量微孔、介孔和大孔，以及定向微米级管状结构，有利于离子吸附和传输，作为导电材料具有巨大的潜力。

在上述技术方案的基础上，脱矿牙齿由未脱矿的牙齿在牙齿脱矿液中浸泡至少24小时得到，牙齿脱矿液含有盐酸、磷酸、硝酸、硫酸中的一种或多种，牙齿脱矿液还可包含EDTA。

在上述技术方案的基础上，牙齿为哺乳动物牙齿。

在上述技术方案的基础上，使脱矿牙齿石墨化的方法至少包括一次以下步骤：在气体保护下，使脱矿牙齿在650～750℃保温至少1h。

在上述技术方案的基础上，脱矿牙齿在650～750℃保温之前，使脱矿牙齿从室温升温至250～300℃并保温20～60min，然后升温至650～750℃。

在上述技术方案的基础上，除去杂质的方法为：依次用酸、水洗涤脱矿牙齿的石墨化产物，再用碱液浸泡至少6小时。

第二方面，本发明提供上述基于牙齿的导电材料作为电极材料的应用。

第三方面，本发明提供一种制备基于牙齿的导电材料的方法，至少包括一次如下步骤：在气体保护下，将脱矿牙齿在650～750℃至少保温1h，冷却后的产物依次用酸、水洗涤，再用碱液浸泡至少6小时。

第四方面，本发明提供一种基于牙齿的柔性超级电容器，包括正负电极以及夹在正负电极之间的导电胶片：其中：

正负电极的活性物质为上述基于牙齿的导电材料；

导电胶片为浸满电解液的脱矿牙齿片，夹在正负电极之间的脱矿牙齿片的牙本质小管垂直于正负电极。

在上述技术方案的基础上，上述基于牙齿的超级电容器通过如下方法制备而成：将导电材料粉体与乙炔黑、聚偏氟乙烯树脂混合后加入甲基吡咯烷酮，搅拌均匀后涂覆于碳布上，烘干，得到电极；将导电胶片夹在两片电极之间，使用铝塑膜包裹，先用热封机封口，再用石蜡封装缝隙，即成。

本发明具有以下优点和有益效果：