[發(fā)明專利]聚乙烯基咔唑/石墨烯復(fù)合材料及其合成方法和用途

有效

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• 申請日: 2010-05-11
• 公開（公告）號: CN101831039A
• 公開（公告）日: 2010-09-15
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 穆海梅;李亮;魏玉研;潘國亮
• 申請（專利權(quán)）人: 武漢工程大學
• 主分類號: C08F292/00
• 分類號: C08F292/00;C08F8/04
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專利代理有限公司 42102
• 代理人: 崔友明

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一類聚乙烯基咔唑/石墨烯復(fù)合材料及其合成方法和用途。

背景技術(shù)

聚合物基復(fù)合材料的功能化與器件化是國內(nèi)外前沿研究領(lǐng)域之一。傳統(tǒng)的無機半導(dǎo)體材料，如硅、鍺和砷化鎵，仍然是光電材料和器件的重要角色。但有機聚合物導(dǎo)電材料與發(fā)光材料以其易剪裁、易加工(無論是分子尺度或聚集體尺度)等方面的優(yōu)勢與無機材料在光電領(lǐng)域互相競爭，越來越受到大家重視。目前利用新型有機高分子材料制造的發(fā)光二極管已用于平板顯示器的大規(guī)模生產(chǎn)，光伏電池和場效應(yīng)晶體管的研究也取得顯著的成果等。但是由于聚合物自身的特點，在光電信息器件中電荷傳遞不是很理想，其較低的載流子遷移率成為制約其發(fā)展的主要障礙。

石墨是一種二維納米材料，具有優(yōu)良的電子轉(zhuǎn)移能力。本世紀初發(fā)現(xiàn)了一類由一層碳原子組成的新型二維納米碳材料——石墨烯，它是以天然石墨為原料，通過化學方法實現(xiàn)石墨烯的大批量生產(chǎn)，價格便宜。經(jīng)過功能化后的單層石墨在水及有機溶劑中具有良好的溶解性，有利于其均勻分散及成型加工。研究發(fā)現(xiàn)，氧化石墨表面含有羥基、羧基、羰基和環(huán)氧基等含氧官能團，可以進行進一步的化學改性或修飾。而且氧化石墨經(jīng)過化學還原或焙燒，可以消除氧化石墨的官能團或缺陷，恢復(fù)石墨烯的結(jié)構(gòu)與優(yōu)良性能。

與常規(guī)的制備高分子復(fù)合材料的方法相比，特別是自由基可控聚合方法，比如原子轉(zhuǎn)移自由基聚合、可逆加成-斷裂鏈轉(zhuǎn)移聚合可以讓高分子與無機材料在微觀層次上通過共價鍵實現(xiàn)緊密結(jié)合，而且也可實現(xiàn)高分子分子量、分子量分布和分子結(jié)構(gòu)的可控，并且將石墨烯優(yōu)良的電、磁、力學性能與高分子的溫敏性結(jié)合起來，增強復(fù)合材料的性能，拓寬復(fù)合材料的用途。目前，可控聚合方法已經(jīng)應(yīng)用于苯乙烯、丙烯酸甲酯和甲基丙烯酸甲酯等在多種材料表面的可控接枝聚合反應(yīng)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的問題是針對上述現(xiàn)有技術(shù)提出聚乙烯基咔唑/石墨烯復(fù)合材料，基于該復(fù)合材料的存儲器件具有較低的開啟電壓、較高的開關(guān)電流比和良好的穩(wěn)定性能。

本發(fā)明的另一個目的是提供上述復(fù)合材料的制備方法，其合成工藝成本低、實驗條件溫和、操作簡單。

本發(fā)明的還有一個目的是聚乙烯基咔唑/石墨烯復(fù)合材料作為存儲材料在信息存儲器中的應(yīng)用。

本發(fā)明為解決上述提出的問題所采用的解決方案為：聚乙烯基咔唑/石墨烯復(fù)合材料，其特征在于包括由下述反應(yīng)得到的產(chǎn)物：

1)將天然石墨通過化學氧化方法制備單層或多層氧化石墨；

2)將步驟1)得到的氧化石墨與3-(三甲氧基硅烷)丙基丙烯酸脂、偶氮二異丁腈、相轉(zhuǎn)移催化劑二硫代苯甲酸苯乙基酯在N，N-二甲基甲酰胺中氮氣氣氛下60-70℃反應(yīng)24-48小時，抽濾、洗滌和干燥后，得表面帶有可引發(fā)可逆加成-斷裂鏈轉(zhuǎn)移聚合基團的氧化石墨，其中氧化石墨、3-(三甲氧基硅烷)丙基丙烯酸脂、偶氮二異丁腈、二硫代苯甲酸苯乙基酯用量之比為30mg∶0.2-0.6mmol∶0.2-0.3mmol∶0.3-0.6mmol；

3)將步驟2)得到的表面帶有可引發(fā)可逆加成-斷裂鏈轉(zhuǎn)移聚合基團的氧化石墨置于N-乙烯基咔唑、引發(fā)劑偶氮二異丁腈、相轉(zhuǎn)移催化劑二硫代苯甲酸苯乙基酯的有機溶劑溶液中，在氮氣保護下60-80℃反應(yīng)24-48小時，離心、洗滌、真空烘干得到聚乙烯基咔唑/氧化石墨復(fù)合材料，其中表面帶有可引發(fā)可逆加成-斷裂鏈轉(zhuǎn)移聚合基團的氧化石墨、N-乙烯基咔唑、偶氮二異丁腈、二硫代苯甲酸苯乙基酯用量之比為30mg∶5-10g∶0.1-1mmol∶0.2-2mmol；

4)將步驟3)得到的聚乙烯基咔唑/氧化石墨復(fù)合材料在有機溶劑中超聲0.5-2小時，向其中加入還原劑，在60-100℃反應(yīng)24-48小時，倒入甲醇中沉淀，過濾，真空烘干得到聚乙烯基咔唑/石墨烯復(fù)合材料，其中聚乙烯基咔唑/氧化石墨與還原劑用量之比為30mg∶1-5mg。

按上述方案，所述的還原劑為水合肼、肼或二甲肼。

按上述方案，所述的有機溶劑為N，N-二甲基甲酰胺或1，4-二氧六環(huán)。

聚乙烯基咔唑/石墨烯復(fù)合材料的制備方法，其特征在于包括有以下步驟：

1)將天然石墨通過化學氧化方法制備單層或多層氧化石墨；