[發明專利]一種石墨烯與聚合物導電復合材料的制備方法

有效

• 申請號: 201310250598.5
• 申請日: 2013-06-24
• 公開（公告）號: CN103319820A
• 公開（公告）日: 2013-09-25
• 發明（設計）人: 李永華;趙竹弟;李夢凱;高春曉
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工程大學
• 主分類號: C08L27/16
• 分類號: C08L27/16;C08K9/02;C08K3/04
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技術領域

本發明涉及的是一種聚合物與石墨烯導電復合材料的制備方法。

背景技術

眾所周知，在通常的聚合物基體導電復合材料中，往往要加入高填充量的導電填料才能實現復合材料的導電性。但是高填充量將導致復合材料的成本增加、加工性能變差、力學性能下降等諸多問題。因此用較少的導電填料獲得較高的電導率一直是人們追求的目標。近年來具有分離結構的聚合物基導電復合材料的研究受到人們的廣泛關注。在這種結構的復合材料中,導電填料被涂覆在聚合物粒子表面形成二維導電網絡,從而使復合材料在較低的導電填料時獲得較高的電導率。石墨烯具有很高的導電性。由于其具有很高的比表面，只需將少量的石墨烯摻入到絕緣的聚合物里就可使其變成導電復合材料。最近，一些研究人員將石墨烯摻入到聚合物基體中制成具有分離結構的導電復合材料。Pang等人（Pang?H,Chen?T,Zhang?GM,Zeng?BQ,Li?ZM.Mater?Lett2010;64:2226）利用石墨烯在水/乙醇中的分散然后熱壓制成具有分離結構的超高分子量聚乙烯/石墨烯導電復合材料。Du等人（Du?JH,Zhao?L,Zeng?Y,Zhang?LL,Li?F,Liu?PF.Carbon2011;49:1094-100）也報道了類似的制備方法。然而在這些方法中，直接分散在溶液中的石墨烯在攪拌和超聲過程中不可避免地形成聚集體，造成石墨烯在聚合物粒子表面上的涂覆不均勻，從而降低了復合材料的導電性能。為了避免石墨烯在涂覆過程中形成聚集體,公開號為CN102585335A的中國專利文件中公開了一種先將氧化石墨烯涂覆在聚合物粒子表面然后再進行還原的兩步法，和上面Pang和Du等人的一步法相比，有效地阻止了石墨烯的團聚，進一步提高了復合材料的導電性。

最近，Tang等人（Tang?H,Ehlert?GJ,Lin?Y,Sodano?HA.Nano?Lett.2012;12:84-90）報道了一種將氧化石墨烯通過溶液法分散在聚偏氟乙烯基體中，然后在200°C熱壓，基體中的氧化石墨烯被原位還原成石墨烯。這種簡單、環境友好的制備方法為聚合物/石墨烯復合材料的規?；a提供了新的途徑。然而由于他們制備的石墨烯是無歸地分散在聚合物基體中，故該復合材料的導電性差，不能滿足應用要求。如果我們首先將氧化石墨烯涂覆在聚合物粒子表面然后將其在熱壓過程中原位還原氧化石墨烯，制成具有分離結構的石墨烯/聚合物二維導電復合材料，無疑會大幅度提高復合材料的導電性，對實際應用有重要意義。然而，這方面的工作目前在國內外尚無報道。

發明內容

本發明的目的在于提供一種既不需任何保護氣體或真空條件，也不需要任何化學還原劑還原氧化石墨烯，還原和模壓一次完成，簡單實用的石墨烯與聚合物導電復合材料的制備方法。

本發明的目的是這樣實現的：

a.氧化石墨烯的制備：按照石墨粉2-3g、的硝酸鈉1-1.5g、濃硫酸350-375ml的比例將三者混合得到混合液，將10-12g高錳酸鉀在攪拌和始終保持溫度低于20℃的冷卻條件下緩慢加入到所述溶液中，轉至在35℃的水浴下被連續攪拌30分鐘后加入250-375ml的離子水并升溫到97℃，攪拌30分鐘后，通過加入去離子水和60毫升30%的雙氧水使反應終止，將混合溶液過濾并用5%的HCl水溶液和水清洗，干燥后得到氧化石墨烯；

b.氧化石墨烯的涂覆：將氧化石墨置于去離子水中超聲分散3小時后獲得均勻分散的濃度為0.1mg/ml的氧化石墨烯水溶液，將2g聚偏氟乙烯粉末加入到27-330ml所述氧化石墨烯水溶液中，在80℃的溫度和機械攪拌下使溶液水分蒸發，被氧化石墨烯涂覆的聚偏氟乙烯粉末在80℃的真空下干燥24小時，獲得氧化石墨烯涂覆的聚偏氟乙烯粉末；

c.模壓成型：在沒有任何氣體保護的條件下，將氧化石墨烯涂覆的聚偏氟乙烯粉末置于200℃的壓機上模壓2小時后，從壓機上取出空冷到室溫獲得具有分離結構的石墨烯與聚合物導電復合材料。

本發明的效果通過如下驗證。

測試方法：