[發明專利]一種有序石墨烯導電聚酰亞胺薄膜及其制備方法

有效

• 申請號: 201410053759.6
• 申請日: 2014-02-17
• 公開（公告）號: CN103804706A
• 公開（公告）日: 2014-05-21
• 發明（設計）人: 徐偉偉;楊楚羅;劉戰合;李秋影;張克杰
• 申請（專利權）人: 江蘇亞寶絕緣材料股份有限公司
• 主分類號: C08J7/06
• 分類號: C08J7/06;C08J7/12;C08L79/08;C08G73/10
• 代理公司: 北京科億知識產權代理事務所(普通合伙) 11350
• 代理人: 湯東鳳

技術領域

本發明屬于有序石墨烯導電聚酰亞胺薄膜的制備技術領域，尤其涉及一種有序石墨烯導電聚酰亞胺薄膜及其制備方法。

背景技術

石墨烯(Graphene)是單原子厚度的二維碳原子晶體，它被認為是富勒烯、碳納米管(CNT)和石墨的基本結構單元。2004年，Ceim等用膠帶粘貼法從高結晶石墨塊上剝下少量單層石墨烯，并對其電學性質研究，發現其具有特殊的電子特性，如量子霍爾效應，在高電場誘導密度下仍能保持載流子的高遷移率，在開發新型電子組件方面有很大的潛力。2007隼，美國西北大學Ruoff等通過超聲剝離氧化石墨制備了氧化石墨烯膠狀懸浮液，并對該懸浮液進行微濾操作，隨著水分子透過，氧化石墨烯逐步沉積，并在水流作用下實現有序的瓦片式堆疊，即定向流動組裝，得到了高強度的韌性氧化石墨烯薄膜。這種納米有序結構薄膜材料可用于可控透氣性膜，各向異性離子導體，分子探測及微電子領域有諸多領域。同時，依托其豐富的表面官能團，化學改性后，還可實現與樹脂，陶瓷，金屬等基體的復合，有序石墨烯與導電聚酰亞胺薄膜構成的有序石墨烯導電聚酰亞胺薄膜具有良好的導電性能。

傳統的有序石墨烯導電聚酰亞胺薄膜及其制備方法存在導電效果差、制作過程復雜、成本高的問題。

發明內容

本發明實施例的目的在于提供一種有序石墨烯導電聚酰亞胺薄膜及其制備方法，旨在解決傳統的有序石墨烯導電聚酰亞胺薄膜及其制備方法存在導電效果差、制作過程復雜、成本高的問題。

本發明實施例是這樣實現的，一種有序石墨烯導電聚酰亞胺薄膜的制備方法，該有序石墨烯導電聚酰亞胺薄膜的制備方法包括以下步驟：

步驟一，將均苯四甲酸二酐和二氨基二苯醚加入到極強性溶劑二甲基乙酰胺中，其中苯四甲酸二酐和二氨基二苯醚的比例按體積比為1:3-1：4，混合反應生成聚酰亞胺溶液，利用消泡機將泡沫消去，經流涎裝置進行壓膜，形成液膜；

步驟二，將液膜經過階梯升溫、高溫干燥后蒸發成為固體的聚酰亞胺薄膜；

步驟三，將金屬粉和碳粉按照重量比在2:3-1:2之間的混合粉末加入到溶劑中生成導電涂液，利用分散機對導電涂液進行分散；

步驟四，將聚酰亞胺薄膜放置在導電涂液之中，首先將導電涂液包裹在聚酰亞胺薄膜的表面；

步驟五，將包裹了導電涂液的聚酰亞胺薄膜引向亞胺化爐，進行亞胺化處理，即室溫攪拌24h，加入吡啶和乙酸酐，其中乙酸酐的摩爾數是苯四甲酸二酐的10倍，吡啶的摩爾數是乙酸酐的一半，然后在室溫下攪拌一夜；

步驟六，經亞胺化后的導電聚酰亞胺薄膜經干燥后制成導電聚酰亞胺薄膜；

步驟七，石墨粉、59硝酸鈉和濃硫酸混合均勻，發生化學反應后，其中石墨粉和59硝酸鈉的重量比為2:1，濃硫酸濃度在98%以上，經40CC真空干燥得到氧化石墨，將氧化石墨經研磨機研碎；

步驟八，配制濃度為3.5mg/mL的懸浮液200，經離心機處理20min除去懸浮液中雜質，得到氧化石墨烯膠狀懸浮液；

步驟九，將導電聚酰亞胺薄膜浸入到氧化石墨烯膠狀懸浮液內，對導電聚酰亞胺薄膜進行第二次包裹處理，通過加入懸浮液的體積來控制薄膜厚度，經烘干處理生成石墨烯導電聚酰亞胺薄膜；

步驟十，將石墨烯導電聚酰亞胺薄膜在乙醇溶液中還原處理l小時，并由棕色半透明轉變為黑色不透明，用無水乙醇沖洗并晾干處理后得到有序石墨烯導電聚酰亞胺薄膜。

進一步，在步驟二的階梯升溫過程中控制升溫速率為2～5℃/min；先升溫到80℃～120℃恒溫30min～90min；再升溫到180℃～220℃恒溫30min～90min；最后升溫到280℃～380℃恒溫30min～90min。

進一步，步驟七中進行氧化石墨反應時，使用超聲分散60min，然后加入還原劑，在120～130℃條件下進行還原反應1～2小時，并且氧化石墨是利用化學氧化法對天然鱗片石墨進行氧化獲得的。

進一步，步驟九的具體方法為：采用浸入法使氧化石墨烯膠狀懸浮液完全包裹在導電聚酰亞胺薄膜的外表面。

進一步，在步驟十的具體方法為：采用化學還原和熱處理對石墨烯導電聚酰亞胺薄膜進行脫氧重石墨化，制成以石墨烯為碳源的有序石墨烯導電聚酰亞胺薄膜。

本發明實施例的另一目的在于提供一種有序石墨烯導電聚酰亞胺薄膜，該有序石墨烯導電聚酰亞胺薄膜包括：聚酰亞胺基層、導電覆蓋圈、有序石墨烯外層；

聚酰亞胺基層設置在導電覆蓋圈的內部，導電覆蓋圈設置在有序石墨烯外層的內部，有序石墨烯外層設置在有序石墨烯導電聚酰亞胺薄膜的最外部。