[發(fā)明專利]一種石墨烯聚膦腈納米復(fù)合材料的制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201110025542.0
• 申請日: 2011-01-24
• 公開（公告）號: CN102153870A
• 公開（公告）日: 2011-08-17
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張小燕;韓同偉;張岐;龔玉珍
• 申請（專利權(quán)）人: 江蘇大學(xué)
• 主分類號: C08L85/02
• 分類號: C08L85/02;C08G79/02;C08K3/04
• 代理公司: 南京經(jīng)緯專利商標(biāo)代理有限公司 32200
• 代理人: 樓高潮

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及納米石墨烯功能材料技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種通過原位聚合形成穩(wěn)定石墨烯聚膦腈納米復(fù)合材料的制備方法。

背景技術(shù)

石墨烯，是由單層碳原子通過共價鍵（碳sp²雜化軌道所形成的σ鍵π鍵）結(jié)合而成的具有規(guī)則六方對稱的理想二維晶體，其厚度只有0.335納米，是目前發(fā)現(xiàn)的最薄的層狀材料。由于其獨(dú)特的二維納米結(jié)構(gòu)以及優(yōu)異的晶體品質(zhì)，石墨烯具有十分優(yōu)異的電學(xué)、熱學(xué)、磁學(xué)和力學(xué)性能，有望在高性能納電子器件、氣體傳感器、薄膜材料、?儲能材料、?液晶材料、?催化材料、生物醫(yī)用材料等領(lǐng)域獲得廣泛應(yīng)用。將石墨烯碎片有效地分散在某些特定的基質(zhì)材料（如高分子）中形成的復(fù)合材料不僅延續(xù)了基質(zhì)材料的某些優(yōu)越性質(zhì)，如成本較低、易加工等，更重要的是具有比其它復(fù)合材料高的導(dǎo)電和導(dǎo)熱性能，以及超強(qiáng)的機(jī)械性能，是一種集各種優(yōu)越性能于一體的新型復(fù)合材料。然而，目前制備的石墨烯納米復(fù)合材料并不多，主要是因為石墨烯既不親水也不親油，反應(yīng)活性不高，使得對它進(jìn)行改性比較困難，從而導(dǎo)致與其它材料復(fù)合也比較困難。現(xiàn)在制備石墨烯納米復(fù)合材料主要是先讓氧化石墨與其它材料復(fù)合，再將其中的氧化石墨還原得到石墨烯納米復(fù)合材料。但是復(fù)合后的氧化石墨在剝離和還原成石墨烯的過程中，會導(dǎo)致石墨烯結(jié)構(gòu)上的缺陷，嚴(yán)重影響石墨烯的優(yōu)異性能。

聚膦腈(Polyphosphazenes)是主鏈上以磷氮原子交替排列，側(cè)鏈為有機(jī)取代基的一類新型有機(jī)無機(jī)雜化高分子，具有優(yōu)異的光熱穩(wěn)定性、抗氧化性、耐輻射，耐低溫、生物相容性及生物可降解性等，在生物醫(yī)用材料、反應(yīng)型阻燃添加劑、非線性光學(xué)材料、分離膜、摩擦材料、彈性體、藥物控釋載體、液晶高分子、有機(jī)無機(jī)摻雜材料及固體聚合物電解質(zhì)等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。

本方法采用一種便捷的方法在超聲中以石墨烯為模板，在石墨烯片上原位聚合生成石墨烯聚膦腈納米復(fù)合材料。其優(yōu)勢在于：（1）先合成出石墨烯，再用聚合物進(jìn)行包覆，可減小石墨烯結(jié)構(gòu)的破壞，從而使石墨烯的優(yōu)異性能在復(fù)合材料中能達(dá)到充分發(fā)揮（2）包覆在石墨烯表面的聚膦腈含有大量功能基團(tuán)（如羥基等），可進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)石墨烯表面功能化（3）加工制備工藝簡單，設(shè)備要求低，易于加工生產(chǎn)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有技術(shù)的不足而提供一種新型石墨烯聚膦腈納米復(fù)合材料的原位聚合制備方法，其特點(diǎn)是先采用化學(xué)還原和超聲剝離法合成出石墨烯，再在超聲中，以石墨烯為模板，通過原位聚合法制備出石墨烯聚膦腈納米復(fù)合材料。本發(fā)明工藝條件簡單，制備出的石墨烯聚膦腈納米復(fù)合材料兼具石墨烯和聚膦腈材料的優(yōu)異性質(zhì)，用途廣泛。

本發(fā)明一種石墨烯聚膦腈納米復(fù)合材料的制備方法，按照下述步驟進(jìn)行：

（1）稱取天然石墨于反應(yīng)容器中，加入質(zhì)量濃度為95%濃硫酸，0°C冰浴下，加入KMnO₄，低溫反應(yīng)2h；置于35°C左右的恒溫水浴中持續(xù)反應(yīng)1h；加入去離子水，控制溫度在100?°C左右，高溫持續(xù)反應(yīng)1h；然后將反應(yīng)液移入燒杯中，用去離子水將反應(yīng)液稀釋，加質(zhì)量濃度為30?%H₂O₂溶液直至無氣泡產(chǎn)生，分別用酸性水溶液和去離子水洗滌產(chǎn)物，真空干燥后得到氧化石墨；

（2）將氧化石墨超聲分散在去離子水中，向其中加入質(zhì)量濃度為85%水合肼溶液，置于95°C的油浴中反應(yīng)2h，用聚四氟乙烯濾膜真空抽濾，水洗后干燥得到石墨烯；

（3）將石墨烯超聲分散在特定溶劑中，依次加入一定量六氯環(huán)三膦腈、4,4’-二羥基二苯砜、三乙胺，在一定超聲功率下超聲反應(yīng)一定時間，反應(yīng)液用溶劑、去離子水、95%乙醇各洗滌三次，50℃下真空干燥24h，可得到石墨烯聚膦腈納米復(fù)合材料。

其中步驟（1）中所述的天然石墨與質(zhì)量濃度為95%濃硫酸的質(zhì)量與體積比(質(zhì)量g:體積mL)為1:25；天然石墨與KMnO₄的質(zhì)量比為1:3；天然石墨與去離子水的質(zhì)量與體積比(質(zhì)量g:體積mL)為1:45；天然石墨與質(zhì)量濃度為30?%H₂O₂溶液的質(zhì)量與體積比(質(zhì)量g:體積mL)為1:5。

其中步驟（2）中所述的氧化石墨與去離子水的質(zhì)量與體積比(質(zhì)量g:體積mL)為1:1000；氧化石墨與質(zhì)量濃度為85%水合肼溶液的質(zhì)量與體積比(質(zhì)量g:體積mL)為1:100。