[发明专利]一种具有自清洁超疏液特性的石墨烯氧化锌微纳分级功能材料的制备方法及其应用

说明书

本发明公开了一种具有自清洁超疏液特性的石墨烯氧化锌微纳分级功能材料的制备方法及其应用。这种石墨烯氧化锌微纳分级功能材料的制备方法包括以下步骤：S1：在衬底上生成垂直石墨烯；S2：通过原子层沉积法，在石墨烯表面浸涂吸附氧化锌纳米颗粒晶种；S3：通过水热法，在石墨烯上生长氧化锌纳米线，形成石墨烯‑氧化锌微纳结构材料；S4：将石墨烯‑氧化锌微纳结构材料进行改性处理，即可。同时也公开了这种石墨烯氧化锌微纳分级功能材料的应用。本发明制得的石墨烯氧化锌微纳分级功能材料具有超疏水、超疏油、超疏血的良好性能，是一种功能性自清洁材料。这种材料可作为电极或者修饰电极，作为传感器来检测物质，具有广阔的应用前景。

技术领域

本发明涉及一种具有自清洁超疏液特性的石墨烯氧化锌微纳分级功能材料的制备方法及其应用。

背景技术

超疏液(兼具超疏水、超疏油、超疏血特性)材料因其独特的斥液特性在自清洁、防污防腐、液体运输、减阻材料、微流管控设计等国防、日常生活领域拥有广阔的应用前景。随着材料表面基础理论研究的不断深入，新制备技术的快速发展，超疏液材料的研究日益受到关注。自然界中超疏水表面的例子很多，如可以毫不费力地滚落水滴的莲花叶。毋庸置疑，基于“荷叶效应”的超疏水仿生材料已经在涂料、薄膜等工业应用领域证实了其广泛的应用价值。将含氟的多层次纳米二氧化硅球与碳纳米管修饰在微米尺度的碳布上，可以对常用的油具有稳定的超疏油特性。氟化的二氧化钛纳米管表面具有很好的抗血小板黏附的性质。

对于粗糙的表面，润湿行为可以理论上由Wenzel和Cassie模型的两个润湿模型来描述。在Wenzel状态下，由于液体能完全渗透到粗糙表面的微结构如孔洞、凹隙中，故能增加液体与固体底物之间的接触面积，从而放大固体材料的润湿或非润湿性，此时液体与固体之间的粘附作用较强。而在Cassie状态下，空气被截留在液体下方的粗糙表面上，形成能将液滴支撑的复合固-液-气界面，这使得液滴具有较大的接触角和较低的滚动角。所以为了让材料表面能够具有超疏液的性质，应该让液体在材料表面处于稳定的Cassie状态。利用Cassie模型可以解释荷叶的润湿性能，目前的研究揭示出荷叶表面的微纳分级结构对其润湿性能起了关键作用。通过荷叶表面的仿生设计，可以制备得到具有微纳分级结构的超疏水表面。通常，具有分级结构的疏液表面可以通过表面粗糙结构的设计与固体表面低表面能的修饰两方面的协同作用来实现对液体的排斥。

石墨烯材料因其良好的电学，光学，热学，力学特性具有广泛的应用领域，而基于石墨烯的复合材料更是石墨烯众多应用领域中一个十分重要的研究方向，石墨烯与纳米金属氧化物的复合制备锂电池材料，增强了其导电性和增大了比表面积。石墨烯与导电高分子或金属氧化物的复合制备超级电容器，超级电容器具有能量密度高，充放电时间短，循环使用寿命长，经济环保等优点。

石墨烯在生物传感器方向的应用在近年来越来越多，生物传感器是一种对生物物质敏感，并且利用这种敏感对其进行检测的仪器。生物传感器根据生物材料敏感性材料不同，分为免疫传感器，酶传感器，电化学DNA传感器，动植物组织传感器以及微生物传感器。而石墨烯的廉价，环境友好，生物兼容性以及活性基团分布均匀，还有大量的羧基，羟基等官能团，和良好的溶解性能让石墨烯成为了一种理想的生物传感材料。由于石墨烯复合材料修饰的电极的引入，大大降低了氧化电位，提高了灵敏度，扩大了检测范围。在对生物小分子检测方面，石墨烯复合材料修饰的电极可以对烟酞胺脉嘿吟二核昔酸(NADH)，多巴胺(DA)属儿茶酚类物质，扑热息痛(APAP)，抗环血酸、尿酸、酪氨酸和色氨酸等生物小分子的进行更加精确的检测。在生物大分子检测方面，可以作为免疫性生物传感器检测蛋白质，病原，细菌，病毒类以及细胞等。同时，石墨烯在酶生物传感器方面也有广阔的应用。

石墨烯材料独特的二维结构、优良的力学性能、良好光电性质、较大的比表面积等都引起了全世界科学家的关注。其在能量储存、液晶器件、电子器件、生物材料、传感材料和催化剂载体等领域展现出了优良性能，具有广阔的应用前景。但是，如何改善石墨烯基复合材料组分之间的分散性、相容性、纳米结构与尺寸的控制，以及溶剂的选择等问题，值得继续研究与探讨。