[發(fā)明專利]具有存儲(chǔ)效應(yīng)的絕緣高分子/石墨烯復(fù)合材料及其合成方法和用途

無效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201010283148.2
• 申請(qǐng)日: 2010-09-16
• 公開（公告）號(hào): CN101948590A
• 公開（公告）日: 2011-01-19
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李亮;趙旭;張強(qiáng);陳郁勃;高大志
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 武漢工程大學(xué)
• 主分類號(hào): C08L25/06
• 分類號(hào): C08L25/06;C08L25/18;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)的絕緣高分子/石墨烯復(fù)合材料及其合成方法和用途。

背景技術(shù)

信息存儲(chǔ)器件在微電子工業(yè)中扮演著重要的角色，已占據(jù)整個(gè)半導(dǎo)體市場20％以上的份額。現(xiàn)如今絕大多數(shù)的存儲(chǔ)材料及器件是由無機(jī)半導(dǎo)體材料構(gòu)成，而由有機(jī)高分子材料構(gòu)成的存儲(chǔ)器件也越來越受到人們的重視。盡管人們期望基于有機(jī)高分子材料的新型存儲(chǔ)器件可作為下一代信息存儲(chǔ)介質(zhì)，但它必須突破目前存儲(chǔ)速度與生產(chǎn)成本的限制，才能實(shí)現(xiàn)大規(guī)模的商業(yè)應(yīng)用。

這些有機(jī)高分子材料在外加電場下可以改變載流子（電子或空穴）的狀態(tài)，呈現(xiàn)出電學(xué)雙穩(wěn)態(tài)，因而能存儲(chǔ)信息。一般而言，存儲(chǔ)效應(yīng)是與在有機(jī)高分子材料中活性基團(tuán)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)。但是由于有機(jī)高分子材料自身的特點(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。

石墨烯是以天然石墨為原料，通過化學(xué)方法實(shí)現(xiàn)其大批量生產(chǎn)，價(jià)格便宜。石墨烯是一種二維納米材料，具有長程??共軛結(jié)構(gòu)，優(yōu)良的熱學(xué)、力學(xué)、電學(xué)性能。目前已經(jīng)有一些基于石墨烯的簡單存儲(chǔ)器件的報(bào)道。但是與碳60和碳納米管一樣，石墨烯容易在溶液中與固體狀態(tài)下聚集，從而限制了石墨烯的應(yīng)用。這些聚集是由于二維石墨烯片與片之間的Van?der?Waals力吸引而導(dǎo)致的。在石墨烯的生產(chǎn)過程中，通過氧化石墨的功能化，提高其在水或有機(jī)溶劑中的溶解性，減少片與片之間的聚集，有利于其均勻分散及成型加工；而且采用化學(xué)還原或焙燒等方法，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。將綜合性能優(yōu)異的二維納米結(jié)構(gòu)的石墨烯分散在高分子中，可提高復(fù)合材料的力學(xué)與電學(xué)性能，有望在應(yīng)用在電子、機(jī)械、航空航天等領(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)的絕緣高分子/石墨烯復(fù)合材料，此復(fù)合材料可作為存儲(chǔ)材料用于信息存儲(chǔ)器件中，通過調(diào)控復(fù)合材料中石墨烯的含量，可調(diào)控基于該復(fù)合材料的存儲(chǔ)器件的存儲(chǔ)類型、開啟電壓和開關(guān)電流比。

本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供上述復(fù)合材料的制備方法，其合成工藝大規(guī)模生產(chǎn)成本低、實(shí)驗(yàn)條件溫和、操作簡單。

本發(fā)明的還有一個(gè)目的是具有存儲(chǔ)效應(yīng)的絕緣高分子/石墨烯復(fù)合材料作為電活性中間層用于信息存儲(chǔ)器件中。

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)的絕緣高分子/石墨烯復(fù)合材料，其特征在于其組分包括有氧化石墨、異氰酸苯酯、絕緣高分子和還原劑經(jīng)反應(yīng)制備而成，所述的組分含量配比為：氧化石墨：異氰酸苯酯：絕緣高分子：還原劑=50mg：?1-5mmol：0.5-5g：2-6mg。

按上述方案，所述的絕緣高分子為聚苯乙烯、聚（4-乙烯基苯酚）或聚(苯乙烯-co-4-乙烯基苯酚)。

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、異丙醇、氯仿或四氫呋喃。

本發(fā)明具有存儲(chǔ)效應(yīng)的絕緣高分子/石墨烯復(fù)合材料的合成方法的技術(shù)方案是：包括有以下步驟：

1）利用天然石墨通過化學(xué)氧化方法制備單層或多層氧化石墨；

2）將步驟1）得到的氧化石墨與異氰酸苯酯在N,N-二甲基甲酰胺中于60－90^oC反應(yīng)12－48小時(shí)，抽濾、洗滌和干燥后，得功能化的氧化石墨；

3）將步驟2）得到的功能化的氧化石墨與絕緣高分子在有機(jī)溶劑中超聲0.5－2小時(shí)，然后向其中加入還原劑，于60－100^oC反應(yīng)24－48小時(shí)，倒入甲醇中沉淀，過濾，真空烘干得到絕緣高分子/石墨烯復(fù)合材料，其中氧化石墨、異氰酸苯酯、絕緣高分子和還原劑的用量之比為氧化石墨：異氰酸苯酯：絕緣高分子：還原劑=50mg：1-5mmol：0.5-5g：2-6mg。

按上述方案，所述的絕緣高分子為聚苯乙烯、聚（4-乙烯基苯酚）或聚(苯乙烯-co-4-乙烯基苯酚)。

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、異丙醇、氯仿或四氫呋喃。

本發(fā)明的具有存儲(chǔ)效應(yīng)的絕緣高分子/石墨烯復(fù)合材料可以作為電活性中間層用于信息存儲(chǔ)器件中。

本發(fā)明的絕緣高分子/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，使其能與絕緣高分子均勻分散在有機(jī)溶劑中，實(shí)驗(yàn)條件溫和，操作簡單；2）通過調(diào)控復(fù)合材料中石墨烯的含量，可調(diào)控基于該復(fù)合材料的存儲(chǔ)器件的開啟電壓和開關(guān)電流比，在信息材料領(lǐng)域有較好的應(yīng)用前景和經(jīng)濟(jì)效益。