一種氮化鎵納米線/石墨烯復(fù)合材料及其制備方法、殺菌裝置制造方法及圖紙

本發(fā)明專利技術(shù)提供一種氮化鎵納米線/石墨烯復(fù)合材料及其制備方法、殺菌裝置，包括：提供一襯底，并在該襯底的正反兩面均形成一層金膜；以乙酰丙酮鎵為前驅(qū)體，利用氣液固

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
一種氮化鎵納米線/石墨烯復(fù)合材料及其制備方法、殺菌裝置


[0001]本專利技術(shù)涉及電極材料
，且特別涉及一種氮化鎵納米線/石墨烯復(fù)合材料及其制備方法、殺菌裝置。

技術(shù)介紹

[0002]電化學(xué)殺菌是一種高效率、低成本、對(duì)環(huán)境友好的殺菌技術(shù)。目前，有研究者制備了以Ag NWs為電極的電殺菌水過(guò)濾裝置，其利用Ag NWs局部電場(chǎng)增強(qiáng)效應(yīng)，從而有效滅殺了流動(dòng)水體中的細(xì)菌、病毒、和單細(xì)胞生物。另外，有部分研究者制備了碳納米管(CNT)海綿電極。該電極在2V電壓下與水體接觸5秒后，微生物(大腸桿菌、糞腸球菌、枯草桿菌、和MS2噬菌體病毒)的存活率均小于0.00001％。但是，CNT和Ag納米線容易團(tuán)聚，因而在高速水流中難以被固定。
[0003]也有研究者利用CuO NWs銅電極作為水體過(guò)濾器，分別實(shí)現(xiàn)了10V左右和1V下對(duì)流水(50mL/min)的高效滅菌。該CuO NWs銅電極表面包覆多巴胺后，其滅菌壽命可從2個(gè)小時(shí)增加到16小時(shí)。將CuO NWs銅電極高溫磷化后可形成Cu3P NWs銅電極，該電極包覆多巴胺后在1V電壓下的殺菌壽命能達(dá)到15天。另外，將Cu2O NWs銅電極包碳，同時(shí)負(fù)載Ag或ZnO納米顆粒，可實(shí)現(xiàn)10V下對(duì)高速度流水(1200mL/min)99.6％的殺菌率。此外，在碳布(CC)上沉積ZnO納米線，并在ZnO納米線表面修飾Ag的納米顆粒，在摩擦納米發(fā)電機(jī)提供的電壓下可實(shí)現(xiàn)流動(dòng)水的電穿孔殺菌。在碳布上制備金修飾的碲納米線，在摩擦納米發(fā)電機(jī)提供的電壓下，CC
?
Au
?<br/>Te NWs電極能夠利用納米電穿孔效應(yīng)以及產(chǎn)生的H2O2滅殺大腸桿菌和金黃色葡萄球菌。但是，上述方法存在以下問(wèn)題：1、原位生長(zhǎng)的納米線，如CuO、Cu2O、Fe2O3、ZnO、碲等，導(dǎo)電性較差；2、氧化物納米線的金屬襯底，如銅網(wǎng)、泡沫銅、和鑄鐵網(wǎng)等，在空氣中和水溶液環(huán)境容易腐蝕。即使是多巴胺保護(hù)的Cu3P納米線銅電極，帶電工作15天后，電極也逐漸發(fā)生電化學(xué)溶解。3、納米線電殺菌效果還容易受水質(zhì)和空氣質(zhì)量影響，懸浮物和大分子有機(jī)物易沉積在納米線上或堵塞電極襯底孔洞，從而大大降低了納米線電極的工作壽命。因此，開(kāi)發(fā)持久、穩(wěn)定、長(zhǎng)壽命的納米線電極是決定其未來(lái)大規(guī)模實(shí)際應(yīng)用的關(guān)鍵。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

[0004]本專利技術(shù)的目的在于提供一種氮化鎵納米線/石墨烯復(fù)合材料，該復(fù)合材料具有高導(dǎo)電性和良好的機(jī)械性能。
[0005]本專利技術(shù)的另一目的在于提供一種氮化鎵納米線/石墨烯復(fù)合材料的制備方法，通過(guò)氣液固
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化學(xué)氣相沉積法(VLS
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CVD)在襯底上生長(zhǎng)GaN納米線(GaN NWs)，然后利用CVD法在襯底和GaN NWs外表面原位沉積石墨烯薄膜可制得氮化鎵納米線/石墨烯復(fù)合材料，方法簡(jiǎn)單，且參數(shù)易于控制，適用于工業(yè)化大規(guī)模生產(chǎn)。
[0006]本專利技術(shù)的第三個(gè)目的在于提供一種殺菌裝置，其以所述的氮化鎵納米線/石墨烯復(fù)合材料作為電極，將該復(fù)合材料電極與光、電協(xié)同作用可實(shí)現(xiàn)流動(dòng)水體和空氣持久、穩(wěn)定、長(zhǎng)壽命、低成本的殺菌消毒。
[0007]本專利技術(shù)解決其技術(shù)問(wèn)題是采用以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)的。
[0008]本專利技術(shù)提出一種氮化鎵納米線/石墨烯復(fù)合材料的制備方法，包括以下步驟：
[0009]S1、提供一襯底；
[0010]S2、在所述襯底的正反兩面均形成一層金膜，得到覆有金膜的襯底；
[0011]S3、以乙酰丙酮鎵為前驅(qū)體，利用氣液固
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化學(xué)氣相沉積法在所述覆有金膜的襯底上生長(zhǎng)氮化鎵納米線，然后以甲烷為前驅(qū)體，利用化學(xué)氣相沉積法在所述襯底以及所述氮化鎵納米線的外表面沉積石墨烯薄膜，得到氮化鎵納米線/石墨烯復(fù)合材料。
[0012]本專利技術(shù)提出一種氮化鎵納米線/石墨烯復(fù)合材料，其根據(jù)所述的制備方法制得，所述氮化鎵納米線/石墨烯復(fù)合材料包括襯底、生長(zhǎng)于所述襯底上的氮化鎵納米線以及沉積在所述襯底和所述氮化鎵納米線外表面的石墨烯薄膜，所述石墨烯薄膜為石墨烯和無(wú)定形碳的混合物。
[0013]本專利技術(shù)還提出了一種殺菌裝置，其以所述的氮化鎵納米線/石墨烯復(fù)合材料作為電極。
[0014]本專利技術(shù)實(shí)施例的氮化鎵納米線/石墨烯復(fù)合材料及其制備方法、殺菌裝置的有益效果是：
[0015]本專利技術(shù)通過(guò)VLS
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CVD在襯底上生長(zhǎng)GaN NWs，然后利用CVD法在襯底和GaN NWs外表面原位沉積石墨烯薄膜，即可制得氮化鎵納米線/石墨烯復(fù)合材料。氮化鎵在室溫下不溶于水和酸堿，具有出色的化學(xué)穩(wěn)定性，且微量的鎵離子對(duì)人體沒(méi)有傷害。而且在較低電壓(&lt;10V)下，GaN NWs尖端處即可產(chǎn)生避雷針效應(yīng)，形成局部強(qiáng)電場(chǎng)從而滅殺細(xì)菌和微生物。本專利技術(shù)在GaN NWs電極表面原位CVD生長(zhǎng)的石墨烯則兼具良好的分散、固定和回收性能，同時(shí)，電極表面的石墨烯薄膜具有高電子遷移率，從而能夠提高GaN NWs電極的導(dǎo)電性，因此該復(fù)合材料電極不需要導(dǎo)電襯底，從而大大擴(kuò)大了電極襯底的選擇范圍。此外，石墨烯還具有高拉伸強(qiáng)度，電極表面的石墨烯薄膜可以增強(qiáng)GaN NWs與襯底的結(jié)合力，提高電極的抗水流和空氣的沖擊能力，從而極大增加了GaN NWs/石墨烯薄膜復(fù)合材料電極的工作壽命。
[0016]GaN NWs/石墨烯復(fù)合材料可作為電極，并在光、電協(xié)同作用下實(shí)現(xiàn)流動(dòng)水體和空氣的殺菌消毒，是一種低能耗、快速高效、穩(wěn)定安全的殺菌消毒方法。此外，該復(fù)合材料電極還可實(shí)現(xiàn)在較低的電壓下對(duì)流動(dòng)水體有效的殺菌。
附圖說(shuō)明
[0017]為了更清楚地說(shuō)明本專利技術(shù)實(shí)施例的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，應(yīng)當(dāng)理解，以下附圖僅示出了本專利技術(shù)的某些實(shí)施例，因此不應(yīng)被看作是對(duì)范圍的限定，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他相關(guān)的附圖。
[0018]圖1為氮化鎵納米線/石墨烯復(fù)合材料的制備流程圖；
[0019]圖2為CVD生長(zhǎng)設(shè)備的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0020]圖3為石英夾具夾持高硅氧布襯底的圖片；
[0021]圖4為本專利技術(shù)實(shí)施例1～3的氮化鎵納米線/石墨烯復(fù)合材料的形貌圖；
[0022]圖5為本專利技術(shù)實(shí)施例4的氮化鎵納米線/石墨烯復(fù)合材料的EDS圖譜；
[0023]圖6為本專利技術(shù)實(shí)施例5的氮化鎵納米線/石墨烯復(fù)合材料的Raman圖譜；
[0024]圖7為本專利技術(shù)實(shí)施例1的氮化鎵納米線/石墨烯復(fù)合材料的Raman圖譜；
[0025]圖8為殺菌裝置示意圖；
[0026]圖9為兩層實(shí)施例1的氮化鎵納米線/石墨烯復(fù)合材料電極、兩層對(duì)比例1的空白碳布電極和兩層對(duì)比例2的GaN NWs
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碳布電極殺滅大腸桿菌菌落對(duì)比圖；
[0027]圖10為兩層實(shí)施例1的氮化鎵納米線/石墨烯復(fù)合材料電極和兩層對(duì)比例1的空白碳布電極的抑菌率變化曲線；
[0028]圖11為一層實(shí)施例4的氮化鎵納米線/石墨烯復(fù)合材料電極和兩層實(shí)施例4的氮化本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】

【技術(shù)特征摘要】
1.一種氮化鎵納米線/石墨烯復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：S1、提供一襯底；S2、在所述襯底的正反兩面均形成一層金膜，得到覆有金膜的所述襯底；S3、以乙酰丙酮鎵為前驅(qū)體，利用氣液固
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化學(xué)氣相沉積法在覆有金膜的所述襯底上生長(zhǎng)氮化鎵納米線，然后以甲烷為前驅(qū)體，利用化學(xué)氣相沉積法在所述襯底以及所述氮化鎵納米線的外表面沉積石墨烯薄膜，得到氮化鎵納米線/石墨烯復(fù)合材料。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，以乙酰丙酮鎵為前驅(qū)體，利用氣液固
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化學(xué)氣相沉積法在覆有金膜的所述襯底上生長(zhǎng)氮化鎵納米線，然后以甲烷為前驅(qū)體，利用化學(xué)氣相沉積法在所述襯底以及所述氮化鎵納米線的外表面沉積石墨烯薄膜的步驟包括：將覆有金膜的所述襯底和所述乙酰丙酮鎵放置于CVD生長(zhǎng)設(shè)備內(nèi)，通入氨氣和氮?dú)夥磻?yīng)60～70min后停止通入氨氣和氮?dú)猓缓笸ㄈ胨黾淄楹蜌錃膺M(jìn)行石墨烯的沉積，得到氮化鎵納米線/石墨烯復(fù)合材料。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于，所述氮化鎵納米線的生長(zhǎng)溫度為750～900℃。4.根據(jù)權(quán)...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：傅崢博，徐之晗，胡艷玲，楊云，林理文，王子晗，林昌健，戴妍，付耀，李家成，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：廈門理工學(xué)院，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：