一種摻雜型石墨烯涂層的布料及其制備工藝的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種摻雜型石墨烯涂層的布料，其特征在于：所述布料表面涂覆有摻雜型石墨烯，所述摻雜元素為非金屬元素。本發(fā)明利用了非金屬摻雜的石墨烯催化、吸附和導(dǎo)電特性，在普通布料表面涂覆一層或多層非金屬摻雜的石墨烯，使布料具有抗菌、除臭、防塵、防霧、防靜電的特性。而且涂覆層非金屬摻雜的石墨烯無毒無公害，易于生產(chǎn)和制造，制備工藝簡單，布料產(chǎn)品輕便，具有很強(qiáng)的實用性。
【專利說明】一種摻雜型石墨烯涂層的布料及其制備工藝

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及紡織布料領(lǐng)域，具體地說是一種摻雜型石墨烯涂層的布料及其制備工藝。

【背景技術(shù)】
[0002]石墨烯是一種單分子層的二維石墨材料，是目前發(fā)現(xiàn)的唯一存在的二維自由態(tài)原子晶體。石墨烯是目前世界上最薄卻也是最堅硬的納米材料，它幾乎是完全透明的，只吸收2.3%的光；導(dǎo)熱系數(shù)高達(dá)5300W/m.K，高于碳納米管和金剛石，常溫下其電子遷移率超過15000cm2/V.s，又比納米碳管或硅晶體高，而電阻率只約10_6 Ω.cm,比銅或銀更低，為目前世上電阻率最小的材料。自2004年發(fā)現(xiàn)以來，石墨烯不僅在理論科學(xué)上受到了極大關(guān)注，并且由于其特殊的納米結(jié)構(gòu)以及優(yōu)異的物理化學(xué)性能而在電子學(xué)、光學(xué)、磁學(xué)、生物醫(yī)學(xué)、催化、儲能和傳感器等諸多領(lǐng)域展現(xiàn)出具有巨大的應(yīng)用潛能。
[0003]近年來，人們又發(fā)現(xiàn)元素?fù)诫s的石墨烯具有極強(qiáng)的催化能力，可以替代Pt作為燃料電池的催化劑。
[0004]現(xiàn)有技術(shù)中有將布料表面進(jìn)行涂層以達(dá)到防水、防風(fēng)、透氣的效果，常用的有PA涂層、PU涂層、防絨涂層、PA、PU白膠涂層、PA、PU銀膠涂層、珠光涂層和阻燃涂層等，使布料具有功能性。但是很難同時滿足抗菌、除臭、防塵、防霧、防靜電的要求，布料應(yīng)用受到局限。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的不足提供一種摻雜型石墨烯涂層的布料及其制備工藝，本發(fā)明的布料具有抗菌、除臭、防塵、防霧、防靜電的特點，而且結(jié)構(gòu)簡單，制備工藝易于生產(chǎn)。
[0006]本發(fā)明是通過如下技術(shù)方案實現(xiàn)的:一種摻雜型石墨烯涂層的布料，其特征在于:所述布料表面涂覆有摻雜型石墨烯，所述摻雜元素為非金屬元素。
[0007]優(yōu)選的，所述非金屬元素為B、N、P、S、O、F、Cl、H中的一種或多種。
[0008]優(yōu)選的，所述摻雜型石墨烯為氮摻雜石墨烯或氟摻雜石墨烯。
[0009]優(yōu)選的，所述氮摻雜石墨烯是通過將氧化石墨烯在氨氣環(huán)境下發(fā)生氮摻雜反應(yīng)，再通過高溫或還原劑將氮摻雜的氧化石墨烯還原成氮摻雜石墨烯。
[0010]優(yōu)選的，所述布料為棉花、絲綢、碳布、化纖、羊毛、紙、塑料、石棉中的一種或多種組合。
[0011]優(yōu)選的，所述布料表面涂覆有一層或多層摻雜型石墨烯。
[0012]優(yōu)選的，所述布料的形態(tài)為顆粒、線、網(wǎng)、面或三維結(jié)構(gòu)中的一種或多種組合。
[0013]一種制備上述摻雜型石墨烯涂層的布料的工藝，其步驟包括:將非金屬元素?fù)诫s的石墨烯溶液通過浸潰、填充、水熱、印刷、自組裝或/和涂覆的方法涂在普通布料表面，隨后對該布料進(jìn)行干燥、烘干固化、清洗及再干燥固化處理即可得到所述摻雜型石墨烯涂層的布料。
[0014]優(yōu)選的，所述非金屬元素?fù)诫s的石墨烯溶液為非金屬元素?fù)诫s的石墨烯水、乙醇、丙酮或單甲基吡咯烷酮溶液中的一種。
[0015]本發(fā)明利用了非金屬摻雜的石墨烯催化、吸附和導(dǎo)電特性，在普通布料表面涂覆一層或多層非金屬摻雜的石墨烯，使布料具有抗菌、除臭、防塵、防霧、防靜電的特性。而且涂覆層非金屬摻雜的石墨烯無毒無公害，易于生產(chǎn)和制造，制備工藝簡單，布料產(chǎn)品輕便，具有很強(qiáng)的實用性。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1為本發(fā)明布料的外觀圖；

【具體實施方式】
[0017]以下通過具體實施例來進(jìn)一步說明本發(fā)明:
[0018]實施例1
[0019]將石墨烯置于水平石英管中，在氨氣和氬氣(NH3 =Ar體積比=I:1)混合氣氛下，置于熔爐中800°C加熱I小時后，停止加熱，保持混合氣流，待石英管降溫至室溫，關(guān)閉氨氣，將產(chǎn)物從取出石英管中取出即得到氮摻雜的石墨烯。
[0020]將氮摻雜的石墨烯置于5%質(zhì)量濃度的PEO (聚氧化乙烯Mw:2000)水溶液中超聲分散，得到氮摻雜石墨烯的溶液。將氮摻雜石墨烯的溶液通過浸潰、填充、水熱、印刷、自組裝的方法涂在棉花布料表面，隨后對該棉花布料進(jìn)行干燥、烘干固化、清洗及再干燥固化處理即可得到所述摻雜型石墨烯涂層的布料I。
[0021]實施例2
[0022]將石墨粉0.2g置于50ml聚四氟乙烯反應(yīng)釜中，加入氯磺酸3ml，將混合物在120°C下加熱5小時，隨后將樣品取出放在燒杯中，往里面加入15ml的濃硫酸，在攪拌條件下逐滴加入過6ml氧化氫溶液即可得到邊緣氧化的石墨烯。將1ml濃度為4mg/ml的氧化石墨烯水溶液用25ml去離子水稀釋，并加入少量尿素，將溶液置于50ml的聚四氟乙烯高壓釜中，在180°C溫度下反應(yīng)12小時，得到產(chǎn)物冷卻后，過濾水洗后烘干得到氮摻雜石墨烯。
[0023]將氮摻雜石墨烯置于NMP (N-甲基吡咯烷酮)中超聲分散，得到氮摻雜石墨烯的溶液。將氮摻雜石墨烯的溶液通過浸潰、填充、水熱、印刷、涂覆的方法涂在化纖布料表面，隨后對該化纖布料進(jìn)行干燥、烘干固化、清洗及再干燥固化處理即可得到所述摻雜型石墨烯涂層的布料2。
[0024]實施例3
[0025]將3g石墨烯放入管式爐內(nèi)，將管式爐抽真空，先通入Ar負(fù)載氣化的BC13(4:1 v/V)做反應(yīng)氣，Ar流量控制為250ml/min，以30° C/min的升溫速率將管式爐內(nèi)的溫度升到800°C并保溫3小時，再通入Ar負(fù)載氣化的吡啶單體(5:1 v/v)做反應(yīng)氣，Ar流量控制為50ml/min，并保溫6小時，待管式爐冷卻至室溫，即得到B、N雙摻雜的石墨烯。
[0026]將B、N雙摻雜的石墨烯置于水中超聲分散，得到B、N雙摻雜的石墨烯的溶液。將B、N雙摻雜的石墨烯的溶液通過浸潰、填充、水熱、印刷、自組裝和涂覆的方法涂在絲綢布料表面，隨后對該絲綢布料進(jìn)行干燥、烘干固化、清洗及再干燥固化處理即可得到所述摻雜型石墨烯涂層的布料3。
[0027]實施例4
[0028]用氟摻雜石墨烯代替氮摻雜石墨烯，其余制備方法與實施例1相同。氟摻雜石墨烯可以通過將含氟高分子在剛玉坩堝中高溫灼燒得到。
[0029]非金屬元素?fù)诫s石墨烯的制備方法可由已報道的方法制備。氮摻雜石墨烯是通過將氧化石墨烯在氨氣環(huán)境下發(fā)生氮摻雜反應(yīng)，再通過高溫或還原劑將氮摻雜的氧化石墨烯還原成氮摻雜石墨烯；或者是通過化學(xué)沉積法，將制備石墨烯的氣體與氨氣等氮摻雜的氣體通過高溫爐，發(fā)生化學(xué)沉積，得到氮摻雜石墨烯。不同元素的摻雜，可以通過更換摻雜劑來實現(xiàn)，如:三苯基硼、吡咯、吡啶、H2s、噻吩、聯(lián)氨、PH3> BCl3等。還可以組合不同方式實現(xiàn)多元素?fù)诫s。
[0030]根據(jù)制備方法不同，用于將非金屬元素?fù)诫s石墨烯分散的溶劑可以是水、乙醇、丙酮、單甲基吡咯烷酮等。布料的材質(zhì)可以為棉花、絲綢、碳布、化纖、羊毛、紙、塑料、石棉、金屬中的一種或多種組合。
[0031]制備好的摻雜型石墨烯涂層的布料通過裁減、縫補(bǔ)、黏貼、編織、印刷或/和焊接的方式制成口罩、手套、鞋子、鞋墊、帽子、工作服、防護(hù)服、戰(zhàn)斗服、窗簾、蚊帳、包裝材料。同時本發(fā)明得到的新型布料也可以與普通材料組合使用，十分方便。
[0032]對于本【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明實施例原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也視為本發(fā)明實施例的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種摻雜型石墨烯涂層的布料，其特征在于:所述布料表面涂覆有摻雜型石墨烯，所述摻雜元素為非金屬元素。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述摻雜型石墨烯涂層的布料，其特征在于:所述非金屬元素為B、N、P、S、O、F、Cl、H中的一種或多種。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述摻雜型石墨烯涂層的布料，其特征在于:所述摻雜型石墨烯為氮摻雜石墨烯或氟摻雜石墨烯。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述摻雜型石墨烯涂層的布料，其特征在于:所述氮摻雜石墨烯是通過將氧化石墨烯在氨氣環(huán)境下發(fā)生氮摻雜反應(yīng)，再通過高溫或還原劑將氮摻雜的氧化石墨稀還原成氣慘雜石墨稀。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述摻雜型石墨烯涂層的布料，其特征在于:所述布料為棉花、絲綢、碳布、化纖、羊毛、紙、塑料、石棉中的一種或多種組合。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述摻雜型石墨烯涂層的布料，其特征在于:所述布料表面涂覆有一層或多層摻雜型石墨烯。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述摻雜型石墨烯涂層的布料，其特征在于:所述布料的形態(tài)為顆粒、線、網(wǎng)、面或三維結(jié)構(gòu)中的一種或多種組合。
8.—種權(quán)利要求1所述摻雜型石墨烯涂層的布料的制備工藝，其步驟包括:將非金屬元素?fù)诫s的石墨烯溶液通過浸潰、填充、水熱、印刷、自組裝或/和涂覆的方法涂在普通布料表面，隨后對該布料進(jìn)行干燥、烘干固化、清洗及再干燥固化處理即可得到所述摻雜型石墨烯涂層的布料。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述摻雜型石墨烯涂層的布料的制備工藝，其特征在于:所述非金屬元素?fù)诫s的石墨烯溶液為非金屬元素?fù)诫s的石墨烯水、乙醇、丙酮或單甲基吡咯烷酮溶液中的一種。
【文檔編號】B32B33/00GK104294584SQ201410514317
【公開日】2015年1月21日 申請日期:2014年9月29日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月29日
【發(fā)明者】黃勇, 夏圣安, 邢長生 申請人:黃勇