[發(fā)明專利]具有存儲(chǔ)效應(yīng)的聚乙烯基咔唑/石墨烯復(fù)合材料的合成方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201010177900.5
• 申請(qǐng)日: 2010-05-14
• 公開（公告）號(hào): CN101845189A
• 公開（公告）日: 2010-09-29
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 魏玉研;李亮;穆海梅;尚京旗
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 武漢工程大學(xué)
• 主分類號(hào): C08L39/04
• 分類號(hào): C08L39/04;C08K9/04;C08K3/04
• 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)明涉及具有存儲(chǔ)效應(yīng)的聚乙烯基咔唑/石墨烯復(fù)合材料的合成方法。

背景技術(shù)

對(duì)于聚合物基復(fù)合材料的應(yīng)用，除了作為傳統(tǒng)的力學(xué)熱學(xué)增強(qiáng)材料以外，聚合物基復(fù)合材料的功能化與器件化也是國際上的前沿研究領(lǐng)域。高新技術(shù)的發(fā)展離不開高速、高密度的光電材料和器件。傳統(tǒng)的無機(jī)半導(dǎo)體材料，如硅、鍺和砷化鎵，在其中仍扮演著重要的角色。但有機(jī)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(shì)與無機(jī)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(jī)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。

某些導(dǎo)電聚合物材料在外加電場下可以改變載流子(電子或空穴)的狀態(tài)，因而能存儲(chǔ)信息。如果使用這些導(dǎo)電聚合物材料制作器件，就有可能在器件上寫入或讀出存儲(chǔ)的信息，這些材料就是存儲(chǔ)材料。因此它可望用來制作高集成度的電子元件，如超高速開關(guān)元件及超高密度存儲(chǔ)器等。一般而言，存儲(chǔ)效應(yīng)是與在導(dǎo)電聚合物層活性基團(tuán)內(nèi)的電荷存儲(chǔ)(包括電荷俘獲、電荷分離或電荷傳遞等)相關(guān)。但是由于聚合物自身的特點(diǎn)，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(jì)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(xué)方法實(shí)現(xiàn)石墨烯的大批量生產(chǎn)，價(jià)格便宜。經(jīng)過功能化后的單層石墨在水或有機(jī)溶劑中具有良好的溶解性，有利于其均勻分散及成型加工；而且采用化學(xué)還原或焙燒，可以消除氧化石墨的官能團(tuán)或缺陷，恢復(fù)石墨烯的結(jié)構(gòu)與高性能。綜合性能優(yōu)異的二維納米結(jié)構(gòu)的石墨烯有望在應(yīng)用在電子、機(jī)械、航空航天與醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的問題是針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)提出一種具有存儲(chǔ)效應(yīng)的聚乙烯基咔唑/石墨烯復(fù)合材料的制備方法，基于該復(fù)合材料的存儲(chǔ)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，其合成工藝成本低、實(shí)驗(yàn)條件溫和、操作簡單。

本發(fā)明為解決上述提出的問題所采用的解決方案為：具有存儲(chǔ)效應(yīng)的聚乙烯基咔唑/石墨烯復(fù)合材料的合成方法，其特征在于包括有以下步驟：

1)將天然石墨通過化學(xué)氧化方法制得單層或多層氧化石墨；

2)將步驟1)得到的氧化石墨與異氰酸苯酯在N，N-二甲基甲酰胺中反應(yīng)12-48小時(shí)，反應(yīng)溫度為60-90℃，再進(jìn)行抽濾、洗滌和干燥后，得到功能化的氧化石墨，其中氧化石墨與異氰酸苯酯用量之比為50mg∶1-5mmol；

3)將步驟2)得到的功能化的氧化石墨與聚乙烯基咔唑在有機(jī)溶劑中超聲0.5-2小時(shí)，向其中加入還原劑，在60-100℃反應(yīng)24-48小時(shí)，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，其中功能化的氧化石墨與聚乙烯基咔唑用量之比為50mg∶2-10mg，功能化的氧化石墨與還原劑用量之比為50mg∶2-6mg。

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(jī)溶劑為N，N-二甲基甲酰胺、氯仿或四氫呋喃。

本發(fā)明的反應(yīng)機(jī)理是先制備得到功能化的氧化石墨，再將聚乙烯基咔唑與功能化的氧化石墨在有機(jī)溶劑中共混分散，最后采用不同的還原劑還原得到聚乙烯基咔唑/石墨烯復(fù)合材料。

本發(fā)明的具有存儲(chǔ)效應(yīng)的聚乙烯基咔唑/石墨烯復(fù)合材料的顯著特點(diǎn)是：

1)在制備方法上，通過將氧化石墨功能化，使其能與聚乙烯基咔唑均勻分散在有機(jī)溶劑中，實(shí)驗(yàn)條件簡單，容易操作，2)在導(dǎo)電高分子聚乙烯基咔唑中，引入性能優(yōu)異的石墨烯作為電子受體，使得復(fù)合材料的載流子傳輸性能得到提高，在光電信息材料領(lǐng)域有較好的應(yīng)用前景和經(jīng)濟(jì)效益。

基于聚乙烯基咔唑/石墨烯復(fù)合材料的存儲(chǔ)器件的性能測試實(shí)驗(yàn)：取2mg復(fù)合材料分散于20ml?N，N-二甲基甲酰胺中，旋轉(zhuǎn)涂膜于導(dǎo)電ITO玻璃上。然后在此ITO玻璃上蒸鍍金屬鋁作為存儲(chǔ)器件的上電極。測定器件的開啟電壓和開關(guān)電流比。結(jié)果表明該器件具有較低的開啟電壓和較高的開關(guān)電流比和良好的穩(wěn)定性能。

具體實(shí)施方式

為了更好地理解本發(fā)明，下面結(jié)合實(shí)施例進(jìn)一步闡明本發(fā)明的內(nèi)容，但本發(fā)明的內(nèi)容不僅僅局限于下面的實(shí)施例。

實(shí)施例1：

1)按照文獻(xiàn)報(bào)道的方法制備氧化石墨(Composites?Science?and?Technology，2009，69，1231)；