[發明專利]一種石墨烯復合薄膜材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201310703511.5
• 申請日: 2013-12-19
• 公開（公告）號: CN103692743A
• 公開（公告）日: 2014-04-02
• 發明（設計）人: 姜浩;李朝龍;史浩飛;湯林龍;高天鵬;杜春雷
• 申請（專利權）人: 重慶綠色智能技術研究院
• 主分類號: B32B27/06
• 分類號: B32B27/06;B32B9/04;B32B7/12;C09J175/14;C09J4/02;C09J4/06
• 代理公司: 北京輕創知識產權代理有限公司 11212
• 代理人: 楊立

技術領域

本發明涉及一種石墨烯復合薄膜材料及其制備方法，屬于復合材料設計制備技術領域。

背景技術

有機發光二極管（organic?light?emitting?diode,OLED）具有自發光、廣視角、超快響應、高效率、低電壓、器件超薄和大尺寸化等優點，被認為是極具應用前景的下一代顯示和照明技術。柔性化是未來電子器件的發展方向，也是OLED特有的優勢。OLED所使用的有機材料本身具有的良好的可撓曲性，將其制作在耐沖擊、輕薄廉價的柔性透明塑料基材上，便可實現柔性器件制造。

可用來作柔性襯底的透明塑料薄膜，如聚乙烯（PE）、聚對苯二甲酸乙二醇酯（PET）、聚對萘二甲酸乙二醇酯（PEN）等，由線性結構為主的大分子鏈組成，鏈間為范德華作用力，結合力強度和結構致密程度遠低于無機和金屬材料，存在較大的自由體積。這種多級結構特點賦予了聚合物一些特有的性能，如質輕、柔韌、易加工等，但同時也大大降低了其對水汽、氧氣等氣體的阻隔性能。研究表明,滲透進入器件內部的水蒸氣和氧氣是影響OLED壽命的主要因素。低功函數的陰極金屬，如鋁、鎂、鈣等,以及發光功能層易與滲透進來的水汽和氧氣發生反應，降低發光效率，形成黑點，最終導致器件失效。

為了使OLED器件的壽命達到實用要求，通常要求器件封裝材料的水汽滲透速率（WVTR）小于10^-6g/(m²·24hr)，氧氣滲透速率（OTR）小于10^-5cc/(m²·24hr)。而高分子材料的WVTR和OTR通常分別在10^-1～40g/(m²·24hr)和10^-2～10²cc/(m²·24hr)范圍內。因此，要使用柔韌性上佳的透明塑料薄膜作為OLED襯底，必須大幅度增加其氣體阻隔性能。在保證一定透明度的前提下提高阻隔性能，一種可行的方法是將石墨烯與高分子材料復合。石墨烯是一種二維的碳納米材料，由SP²雜化碳原子六角形鍵接構成，每個碳原子上剩余單電子2P軌道相互重合，形成離域共軛大π鍵。單層石墨烯對可見光透過率大于97%，厚度僅為0.34nm，而寬度可達幾個微米甚至數十厘米。這種極致的高寬比，加上面內致密的π鍵電子云，以及高透光率，使得石墨烯成為最理想的納米填充阻隔材料。

目前，利用石墨烯提高聚合物阻隔性能的方法主要是以石墨為起始物得到的氧化石墨烯（GO）或還原氧化石墨烯（RGO）為改性填充料，借助于溶劑與聚合物混合，繼而通過流延、模壓、澆筑、吹塑等成型方法制備復合薄膜。例如：申請公布號為CN102115566A，專利名稱為“高阻隔性氧化石墨烯和聚合物納米復合膜的制備方法”，公開了一種高阻隔性氧化石墨烯/聚合物納米復合材料的制備方法：將GO在超聲分散條件下分散于溶劑中，形成GO膠體。然后加入聚合物，超聲加機械攪拌條件下溶解聚合物，脫除氣泡后采用流延或吹塑得到GO/聚合物復合薄膜；申請公布號為CN101812194A，專利名稱“一種石墨烯基阻隔復合材料及其制備方法”，提供了一種功能改性RGO與聚烯烴聚合物復合方法。具體是先用偶聯劑對GO進行表面功能修飾，再將修飾后的GO還原。借助于溶劑將修飾RGO均勻分散到聚烯烴溶液中，在引發劑作用下交聯鍵合得到納米復合材料；申請公布號為CN102173145A，專利名稱為“一種氧化石墨烯涂覆膜的制備方法”，公開了一種簡單的石墨烯/聚合物薄膜復合方法。具體步驟是先將氧化石墨烯超聲處理分散到水中得到均勻膠體懸浮液，通過噴涂或輥壓的方式將GO涂覆在通用薄膜表面，干燥后再涂覆若干次，最后覆蓋一層通用薄膜，得到GO涂覆薄膜。類似的還有：申請公布號為CN10327368A，專利名稱為“機械共混制備氧化石墨烯/白炭黑/橡膠納米復合材料的方法”；申請公布號為CN102532629A，專利名稱為“完全剝離的氧化石墨烯/橡膠納米復合材料的制備方法”；申請公布號為CN102827386A，專利名稱為“一種聚醚醚酮/氧化石墨烯納米復合薄膜的制備方法”；申請公布號為CN103265714A，專利名稱為“一種聚乙烯醇/氧化石墨烯復合薄膜的制備方法”；申請公布號為CN102604175，專利名稱為“制備氧化石墨烯/白炭黑/橡膠納米復合材料的方法”。區別是選用的聚合物體系不同或GO/聚合物復合成型方法不同。