[發明專利]一種改性石墨烯/雙馬樹脂復合材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201310283358.5
• 申請日: 2013-07-08
• 公開（公告）號: CN103408934A
• 公開（公告）日: 2013-11-27
• 發明（設計）人: 肇研;段躍新;劉慕春;王琰;蘇玉芹
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: C08L79/08
• 分類號: C08L79/08;C08K9/04;C08K9/02;C08K3/04
• 代理公司: 北京永創新實專利事務所 11121
• 代理人: 姜榮麗

技術領域

本發明屬于納米復合材料制備技術領域，具體來說是一種改性石墨烯/雙馬樹脂復合材料及其制備方法。

背景技術

石墨烯是由碳原子以sp²雜化連接的單原子層構成的，其基本結構單元為有機材料中最穩定的苯六元環，其理論厚度僅為0.35nm，是目前所發現的最薄的二維材料，是近幾年發現的碳的二維同素異形體。這種特殊結構蘊含了豐富而奇特的物理現象，使石墨烯表現出許多優異的物理化學性質，如石墨烯的強度是已測試材料中最高的，達130GPa，是鋼的100多倍；其載流子遷移率達1.5×10⁴cm²·V^-1·s^-1，是目前已知的具有最高遷移率的銻化銦材料的2倍，超過商用硅片遷移率的10倍；石墨烯的熱導率可達5×10³W·m^-1·K^-1，是金剛石的3倍；另外，石墨烯還具有室溫量子霍爾效應等特殊性質。石墨烯的這些優異特性引起了科技界新一輪的“碳”研究熱潮。研究者在石墨烯的制備、石墨烯的電子結構性能以及其在微電子器件的應用上已經做了大量工作。石墨烯的制備方法有很多，包括微機械剝離法、CVD法、分子束外延法和氧化石墨法。其中氧化石墨法制備方法、設備簡單，產量較大，有利于實現工業化。通過氧化石墨法制備的產物為氧化石墨烯，其表面存在大量的含氧官能團，可以進一步通過化學反應制備石墨烯的衍生物。同大多數碳材料一樣，石墨烯也可以應用于復合材料添加劑，來提高復合材料的綜合性能。目前，這方面的研究主要著眼于提高復合材料的電磁性能，對于力學性能的研究較少。此外，同大多數納米材料一樣，石墨烯存在著在樹脂中分散性較差，自身容易團聚，與樹脂相容性較差的問題，而通過氧化石墨法制備的氧化石墨烯親水性較強，與樹脂的結合也不理想。因此僅利用石墨烯或氧化石墨烯添加到樹脂中不能達到提高力學性能的目的。

發明內容

針對現有技術中存在的問題，本發明提出一種改性石墨烯/雙馬樹脂復合材料及其制備方法。所述的改性石墨烯/雙馬樹脂復合材料相對比雙馬樹脂本身以及現有技術中的石墨烯/雙馬樹脂復合材料的韌性有很大的提高，改性石墨烯和雙馬樹脂之間的界面結合性能大大提高，有利于石墨烯本身性能的發揮。且本發明提出的改性石墨烯/雙馬樹脂復合材料的制備方法，增大了石墨烯在有機溶劑中的溶解性，利于其在復合材料中的展開與分散。

本發明提出的一種改性石墨烯/雙馬樹脂復合材料為兩相結構的黑色固體，基體是原始雙馬樹脂粉末和稀釋劑組成的雙馬樹脂基體，增強相為黑色的改性石墨烯，均勻分散于雙馬樹脂基體中，該改性石墨烯在復合材料中的含量為0.1～0.5wt%。改性石墨烯在四氫呋喃（THF）溶劑中存在厚度為1～1.5nm，改性石墨烯顆粒尺寸0.5～1μm。本發明提出的改性石墨烯/雙馬樹脂復合材料的沖擊強度達到26.171KJ/m²，比純雙馬樹脂增韌38%。

本發明提出一種改性的石墨烯/雙馬樹脂復合材料的制備方法，具體包括以下幾個步驟：

步驟一：氧化石墨的制備：

（1）取石墨粉、KNO₃粉末和濃硫酸（濃度為75wt%～濃度為98.3wt％）進行混合，混合比例為每1.5g石墨粉中加入1.5g?KNO₃粉末、65～69ml濃硫酸，將得到的混合物水浴加熱至35～40℃時添加KMnO₄粉末，添加比例為每1.5g石墨加入8.0～9.5gKMnO₄，在100～300r/min轉速下磁力攪拌，反應6h以上；接著向混合物中緩慢第一次加入去離子水，并將水浴溫度調整至60℃～70℃，反應25～40min后，再向其中第二次加入去離子水，所述的第一次和第二次加入去離子水的加入量仍然以每1.5g石墨加入去離子水100～200ml和200～400ml的比例加入，繼續反應4～5min后，向混合液體中滴加濃度為20wt%～50wt%H₂O₂水溶液，至混合液體變為亮黃色；

（2）將混合液體用去離子水洗滌至中性，配置成濃度為1～2mg/ml的氧化石墨烯水溶液。

步驟二：改性石墨烯的制備：