[发明专利]一种MXene/导电纤维素/导电聚合物高导电油墨及其制备方法和在柔性微型超级电容器中应用

权利要求书

1.一种MXene/导电纤维素/导电聚合物高导电油墨的制备方法，其特征在于：导电聚合物PEDOT:PSS的引入减少了MXene片的堆积，为离子传输和扩散提供了有效途径。重要的是，巧妙的利用导电纤维素的“外柔内刚”的结构，一方面赋予纤维素纳米纤维一定的导电性，另一方面利用纤维素自身优异的机械性能来提高器件柔性。此外，CC和MXene之间氢键和离子键的相互作用会导致了高屈服应力、独特的剪切稀化行为。具体制备方法包括以下步骤：

(1)以竹粉、秸秆、木屑、亚麻纤维为原料，通过限域碳化方法制备了导电纤维素材料。取0.5～1.25g的竹粉置于三颈瓶中，溶解在80mL的64wt％硫酸中，温度控制在10～25℃，使用橡皮塞完全密闭，并通入氮气30～60min；将反应升温至40～50℃，全程N₂保护搅拌水解30min；接下来进行纳米表面自限域碳化，将温度升至90～100℃并快速搅拌1～4h；反应结束后冷水浴快速冷却至室温，然后透析至中性，将其冷冻干燥得到导电纤维素。

(2)制备MXene纳米片分散液。使用9～12mol/L盐酸和1～1.2g氟化锂对1g Ti₃AlC₂进行刻蚀24～48h；待反应结束，将混合液离心洗至pH值为5～7；收集沉淀，在100～400W功率下超声20～60min，注意此过程需要通入惰性气体保护，并且需要冰水浴保护；超声结束以后，使用3500r/min的转速进行离心，离心20～60min，收集上层清液，得到5～15mg/mL的MXene分散液。

(3)将导电纤维素和MXene纳米片分散液混合均匀，边搅拌边滴加PEDOT:PSS，得到MXene/CC/PEDOT:PSS均相分散液，其中MXene、CC和PEDOT:PSS的质量比为8：1：0～1；使用高吸水性聚合物进行浓缩，得到适合3D打印的MXene/CC/PEDOT:PSS油墨。

2.根据权利要求1所述的MXene/CC/PEDOT:PSS油墨的制备方法，其特征在于，所述的导电纤维素材料是以天然竹粉作为原材料。

3.根据权利要求1所述的MXene/CC/PEDOT:PSS油墨的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，先将竹粉45℃下水解30min。

4.根据权利要求1所述的MXene/CC/PEDOT:PSS油墨的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，将水解后的纤维素，在100℃下限域碳化1h，经过透析得到“外柔内刚”(具有导电结构、机械柔性)的纤维素材料。

5.根据权利要求1所述的MXene/CC/PEDOT:PSS油墨的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，使用12mol/L盐酸和1.2g氟化锂对1g Ti₃AlC₂进行刻蚀36h；离心洗至中性，通过冰水浴超声剥离，再离心30min，收集上层清液，得到10mg/mL的MXene纳米片分散液。

6.根据权利要求1所述的MXene/CC/PEDOT:PSS油墨的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，将MXene、CC和PH1000以质量比为8：1：0.5进行均相混合，再使用高吸水性聚合物进行浓缩。

7.一种根据权利要求1-6所述的方法制备了适合3D打印的MXene/CC/PEDOT:PSS油墨。

8.一种根据权利要求7所述的MXene/CC/PEDOT:PSS“外柔内刚”结构、高导电油墨在柔性微型超级电容器领域的应用。