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专利号: 2022101564792
申请人: 浙江理工大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-06-16
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种柔性抗菌电子皮肤用纤维型超级电容器的制备方法,其特征在于:包括以下步骤:步骤1:纤维素纳米晶的制备:将微晶纤维素加入到循环酸混合物中,在80‑90℃下连续搅拌;完成后,将所得悬浮液迅速冷却到室温;过滤,将所得功能化的纤维素纳米晶和循环酸混合物分离,对纤维素纳米晶用水续离心洗涤,透析去除剩余的酸,冷冻干燥;

步骤2:大片径高浓度氧化石墨烯溶液的制备:将石墨纳米片加入到铬酸洗液中超声分散,然后机械搅拌,倒入水,抽滤,水洗,乙醇洗;烘烤,冷却至室温;将所得浅橙色溶液离心处理以除去未氧化的石墨;得到大片径氧化石墨烯,将大片径氧化石墨烯加入到水中,搅拌,得到大片径高浓度氧化石墨烯溶液;

步骤3:CNC‑PANI悬浮液的制备:将盐酸和苯胺单体加入纤维素纳米晶水悬液中,在冰浴中搅拌得到均匀混合物,防止团聚;将硫酸铵加入到水中,在0‑5℃下剧烈搅拌氧化聚合,获得CNC‑PANI悬浮液;

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步骤4:GO/CNC‑PANI/Fe 纺丝液的制备:将氯化钾溶液和氯化铁溶液先后滴入CNC‑+ 3+PANI悬浮液中,搅拌,随着K和Fe 的加入,形成了动态金属离子配位键和弱氢键;再向悬浮液中加入步骤2制备的大片径高浓度氧化石墨烯溶液,搅拌,得到具有协同“软‑硬”层次结

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构的GO/CNC‑PANI/Fe 均匀混合物;

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步骤5:湿法纺丝制备GO/CNC‑PANI/Fe 纤维:对GO/CNC‑PANI/Fe 均匀混合物离心处

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理;将所得GO/CNC‑PANI/Fe 纺丝液装入带有旋转喷嘴的注射器中,然后将纺丝液注入氯化钙乙醇水溶液凝固浴中;凝固后,用水和乙醇洗涤;收集所得纤维,先室温干燥,然后真空干燥,以完全消除纤维中的溶剂;

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步骤6:还原法制备RGO/CNC‑PANI/Fe 纤维:将步骤5获得的纤维在HI水溶液中化学还原处理,然后用无水乙醇洗涤,真空干燥;然后进行热还原,纤维在Ar气氛下以750‑800℃还原2.5‑3h,950‑1000℃还原1.5‑2h,1150‑1200℃还原0.5‑1h;

步骤7:固态电容器的组装:将2个涂有金层的聚对苯二甲酸乙二醇酯薄片作为支撑衬底和集流器,将步骤5获得的纤维经过预编织后放于衬底上形成2个电极,用电解液浸泡的纤维素纸作为固态电解质放在两个电极中间,形成夹心型对称的电容器。

2.如权利要求1所述的制备方法,其特征在于:步骤1具体包括:将2‑3g微晶纤维素加入到100‑110ml由体积比为8‑10:1的柠檬酸和盐酸构成的循环酸混合物中,在80‑90℃下连续搅拌10‑12h;完成后,将所得悬浮液迅速冷却到室温;过滤,将所得功能化的纤维素纳米晶和循环酸混合物分离,按液固比20‑22 ml:1g对纤维素纳米晶用水续离心洗涤3‑5次,用Mw=

10000‑15000 Da的透析袋透析24‑48h去除剩余的酸,冷冻干燥。

3.如权利要求1所述的制备方法,其特征在于:步骤2具体包括:将500‑600 mg石墨纳米片加入到560 ml铬酸洗液中超声分散30‑40 min,然后35‑45℃下机械搅拌10‑20 min,倒入

1‑2升水,抽滤,水洗3‑5 次,乙醇洗2‑3 次;110‑120℃烘烤3‑3.5 h,冷却至室温;将所得浅橙色溶液以2000‑3000rpm的速度离心8‑10min以除去未氧化的石墨;得到横向尺寸为0.5 6~μm的大片径氧化石墨烯,将300‑350mg大片径氧化石墨烯加入到10‑12ml水中,40‑45℃搅拌

3‑4h,得到大片径高浓度氧化石墨烯溶液。

4.如权利要求1所述的制备方法,其特征在于:步骤3具体包括:将20‑22ml 1M盐酸和

0.20‑0.22g苯胺单体加入到8‑12g 1‑3wt%的纤维素纳米晶水悬液中,在冰浴中搅拌60‑

70min得到均匀混合物,防止团聚;将0.41‑0.43g 硫酸铵加入到2‑3ml水中,在0‑5℃下剧烈搅拌2‑2.5h氧化聚合,获得CNC‑PANI悬浮液。

5.如权利要求1所述的制备方法,其特征在于:步骤4具体包括:将2‑2.5ml 0.0018mol氯化钾溶液和2‑2.5ml 0.0018mol氯化铁溶液先后滴入CNC‑PANI悬浮液中,在25‑30℃搅拌+ 3+

1‑1.5h,随着K 和Fe 的加入,形成了动态金属离子配位键和弱氢键;再向悬浮液中加入1‑

1.5g步骤2制备的大片径高浓度氧化石墨烯溶液,在25‑30℃下搅拌2‑3h,得到具有协同

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“软‑硬”层次结构的GO/CNC‑PANI/Fe 均匀混合物。

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6.如权利要求1所述的制备方法,其特征在于:步骤5具体包括:对GO/CNC‑PANI/Fe 均

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匀混合物以18000‑20000 rpm的速度离心处理;将所得GO/CNC‑PANI/Fe 纺丝液装入带有旋转喷嘴的8‑12ml塑料注射器中,喷丝孔的直径尺寸为200‑400μm,然后将纺丝液注入3‑7wt%‑1氯化钙乙醇水溶液凝固浴中,相应的注射器速度为40‑60μl min 以及拉杆拉伸速度vr1=

3.5‑3.7cm/s和拉杆收集速度vr2=3.7‑3.9cm/s;凝固30‑35min后,用水和乙醇依次洗涤3‑5次;收集所得纤维,先室温干燥10‑12h,然后37‑40℃真空干燥20‑24h,以完全消除纤维中的溶剂。

7.如权利要求1所述的制备方法,其特征在于:步骤6具体包括:将步骤5获得的纤维在

40‑47wt%的HI水溶液中以80‑85℃化学还原处理9‑10h,然后用无水乙醇连续洗涤3‑5次,

40‑50℃真空干燥10‑12h;然后进行热还原,纤维在Ar气氛下以750‑800℃还原2.5‑3h,950‑

1000℃还原1.5‑2h,1150‑1200℃还原0.5‑1h,均在真空管式炉中进行。

8.如权利要求1所述的制备方法,其特征在于:步骤7中:所述电解液为0.8‑1.2M的硫酸钠电解液。