一种柔性导电木材、制备方法及其应用

本发明属于导电木材制备，具体涉及一种柔性导电木材、制备方法及其应用。

背景技术：

1、天然木材具有强度高，密度低，绿色环保，可再生的优势，是传统的建筑材料。但是木材在一般情况下是不导电的，其内部自由电子数量极少，无法形成有效的电子通道，在一般的条件下，电导率近乎为零。为了拓展木材在电子器件，能源存储等领域的应用，有必要开发新型的导电木材。

2、传统的导电木材的开发，主要是通过在木材孔道之间填充导电添加剂实现，比如石墨烯，碳纳米管，聚苯胺等导电材料，导电剂的引入能够有效地提升木头的导电性，从而让导电木头可以在电子设备中发挥作用。此外可以通过碳化提高木材的电导率，不过碳化后的木材会变脆，一般制成粉体应用在储能器件等领域。

3、除了导电性能差之外，木材本身的刚性结构也会限制其在柔性电池，可穿戴器件等领域的应用。木材的刚性主要来自于内部木质素和半纤维素的骨架，通过化学试剂洗脱可以去除部分木质素和半纤维素成分，软化木质。

技术实现思路

1、本发明在于提供一种柔性导电木材、制备方法及其应用，以克服木材本身不导电，刚性强的缺点，扩展木材在柔性电子设备，可穿戴器件等领域的应用。

2、为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

3、一种柔性导电木材的制备方法，包括以下步骤：

4、(1)将木材沿垂直生长方向切割成一定厚度的木片，并浸渍于化学洗脱液之中，脱除部分木质素和半纤维素，随后使用清水反复清洗数次，再经过真空烘干处理；

5、(2)配制小片径氧化石墨烯溶液，将脱木质素处理的木片真空浸渍其中，随后真空烘干，再配制大片径氧化石墨烯溶液，将木片浸渍其中，随后真空烘干；

6、(3)配制还原剂溶液，将浸渍氧化石墨烯的木片浸渍其中，还原氧化石墨烯，提高复合材料电导率，得到柔性导电木材。

7、进一步地，步骤(1)中所述木材选自于巴沙木，椴木，柚木，杉木，枫木，榉木，柳木，榆木，松木，杨木，核桃木，桦木，橡木中的一种，沿垂直生长方向切片的厚度范围在1-50mm。

8、进一步地，步骤(1)中所述化学洗脱液由碱液与亚硫酸盐组成，可以溶解脱除部分木质素和半纤维素，软化木质，所述碱液为氢氧化钠，氢氧化钾，碳酸钾，碳酸钠，碳酸铵的一种或多种，所述亚硫酸盐为亚硫酸钠，亚硫酸钾，亚硫酸铵的一种或多种。

9、进一步地，所述的化学洗脱液浓度范围在0.5-10mol/l，其中碱液占总摩尔比的50-90％。

10、进一步地，步骤(1)中将木片浸渍于化学洗脱液之中，浸渍时间在5-48h，温度控制在60-100℃，随后使用清水清洗，真空烘干，烘干温度50-100℃，时间6-24h。

11、进一步地，步骤(2)中配制的小片径氧化石墨烯溶液使用单层氧化石墨烯，乙醇为溶剂，浓度为0.2-5mg/ml，氧化石墨烯片径尺寸为0.1-5μm，真空浸渍过程可以使小片径氧化石墨烯充分填充进木材的孔道之中，随后真空烘干，烘干温度50-80℃，时间6-24h。

12、进一步地，步骤(2)中进行二次浸渍，配制大片径氧化石墨烯溶液使用单层氧化石墨烯，乙醇为溶剂，浓度为0.2-2mg/ml，氧化石墨烯片径尺寸为10-100μm，真空浸渍过程可以使大片径氧化石墨烯一部分进入到木材的孔道之中，另一部分包覆在木片表面，二次浸渍进一步提高复合材料整体的均匀性和石墨烯负载量，随后真空烘干。

13、进一步地，步骤(3)中还原剂选择水合肼、氢碘酸、维生素c、nahb4或nahso3，将负载氧化石墨烯的木片浸渍于还原剂溶液之中，加热回流进行氧化石墨烯的还原，加热温度50-100℃，反应时间1-24h，随后清水清洗后烘干得到柔性导电木材，柔性导电木材中石墨烯总负载量在0.1-10％。

14、与现有技术相比，本发明具有如下技术优势：

15、本发明通过木质素脱除和复合石墨烯策略，制备了一系列柔性可穿戴，兼具高电导率的复合木材，通过梯次浸渍法在木材的表面和孔道内负载不同粒径尺寸的石墨烯片，提高石墨烯的负载量，实现复合材料的均匀制备，在柔性电子，可穿戴器件等领域有广泛的应用前景。

技术特征：

1.一种柔性导电木材的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的柔性导电木材的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述木材选自于巴沙木，椴木，柚木，杉木，枫木，榉木，柳木，榆木，松木，杨木，核桃木，桦木，橡木中的一种，沿垂直生长方向切片的厚度范围在1-50mm。

3.根据权利要求1所述的柔性导电木材的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述化学洗脱液由碱液与亚硫酸盐组成，可以溶解脱除部分木质素和半纤维素，软化木质，所述碱液为氢氧化钠，氢氧化钾，碳酸钾，碳酸钠，碳酸铵的一种或多种，所述亚硫酸盐为亚硫酸钠，亚硫酸钾，亚硫酸铵的一种或多种。

4.根据权利要求3所述的柔性导电木材的制备方法，其特征在于，所述的化学洗脱液浓度范围在0.5-10mol/l，其中碱液占总摩尔比的50-90％。

5.根据权利要求1所述的柔性导电木材的制备方法，其特征在于，步骤(1)中将木片浸渍于化学洗脱液之中，浸渍时间在5-48h，温度控制在60-100℃，随后使用清水清洗，真空烘干，烘干温度50-100℃，时间6-24h。

6.根据权利要求1所述的柔性导电木材的制备方法，其特征在于，步骤(2)中配制的小片径氧化石墨烯溶液使用单层氧化石墨烯，乙醇为溶剂，浓度为0.2-5mg/ml，氧化石墨烯片径尺寸为0.1-5μm，真空浸渍过程可以使小片径氧化石墨烯充分填充进木材的孔道之中，随后真空烘干，烘干温度50-80℃，时间6-24h。

7.根据权利要求1所述的柔性导电木材的制备方法，其特征在于，步骤(2)中进行二次浸渍，配制大片径氧化石墨烯溶液使用单层氧化石墨烯，乙醇为溶剂，浓度为0.2-2mg/ml，氧化石墨烯片径尺寸为10-100μm，真空浸渍过程可以使大片径氧化石墨烯一部分进入到木材的孔道之中，另一部分包覆在木片表面，二次浸渍进一步提高复合材料整体的均匀性和石墨烯负载量，随后真空烘干。

8.根据权利要求1所述的柔性导电木材的制备方法，其特征在于，步骤(3)中还原剂选择水合肼、氢碘酸、维生素c、nahb4或nahso3，将负载氧化石墨烯的木片浸渍于还原剂溶液之中，加热回流进行氧化石墨烯的还原，加热温度50-100℃，反应时间1-24h，随后清水清洗后烘干得到柔性导电木材，柔性导电木材中石墨烯总负载量在0.1-10％。

9.一种根据权利要求1-8任一项所述方法制备的柔性导电木材。

10.一种根据权利要求9所述的柔性导电木材的应用，其特征在于，应用在包括柔性电子设备，柔性电池，可穿戴器件领域。

技术总结本发明公开了一种柔性导电木材的制备方法，包括以下步骤：(1)将木材沿垂直生长方向切割成一定厚度的木片，并浸渍于化学洗脱液之中，随后使用清水反复清洗数次，再经过真空烘干处理；(2)配制小片径氧化石墨烯溶液，将脱木质素处理的木片真空浸渍其中，随后真空烘干，再配制大片径氧化石墨烯溶液，将木片浸渍其中，随后真空烘干；(3)配制还原剂溶液，将浸渍氧化石墨烯的木片浸渍其中，得到柔性导电木材。本发明通过化学法脱除木质素软化木质，得到具有良好柔韧性的木材，通过梯次浸渍法在木材的表面和孔道内负载不同粒径尺寸的石墨烯片，提高木材的电导率，所制备的复合木材在柔性电子设备，柔性电池，可穿戴器件等领域有广泛的应用前景。技术研发人员：葛震,赖浩然,李际洋,张熙贵,吴孟强受保护的技术使用者：电子科技大学长三角研究院（湖州）技术研发日：技术公布日：2024/1/15