[發明專利]一種石墨烯/摻鋁氧化鋅導電復合材料的制備方法

有效

• 申請號: 201410143022.3
• 申請日: 2014-04-10
• 公開（公告）號: CN103922388A
• 公開（公告）日: 2014-07-16
• 發明（設計）人: 姚超;左士祥;馬建鋒;劉文杰;張林;李霞章;羅士平;孔泳;毛輝麾
• 申請（專利權）人: 常州大學
• 主分類號: C01G9/02
• 分類號: C01G9/02;C01B31/04
• 代理公司: 常州市英諾創信專利代理事務所(普通合伙) 32258
• 代理人: 王美華;任曉嵐

技術領域

本發明涉及一種導電復合材料，具體涉及一種石墨烯/摻鋁氧化鋅導電復合涂料的制備方法，屬于新型微納材料和材料制備領域。

背景技術

導電粉體常被添加到工程塑料、橡膠和涂料等高分子材料中，使之具有抗靜電、電磁屏蔽以及防腐等特殊功能。目前，市場上使用的導電填料主要為金屬系、碳系以及金屬氧化物等。金屬系填料具有導電性強,但除銀外，鋁、銅等易被氧化，耐腐蝕性差，而銀粉又受價格高的制約。另外，金屬粉末由于比重大易沉底結塊，在實際應用中分散性難控制。金屬氧化物由于其導電性能優異、顏色淺，彌補了金屬導電填料抗腐蝕性能差的缺陷，典型的有銻摻雜氧化錫（ATO）、錫摻雜氧化銦（ITO）等，其中使用ATO的領域最多，而這些摻雜型導電氧化物粉體的不足是生產成本高。碳系粉體主要為石墨和炭黑，由于具有成本低、質輕、耐腐蝕等優點而被廣泛應用，其中炭黑應用最廣，然而由于炭黑表面含有大量的極性基團，存在難分散、易絮凝等缺點。石墨導電性能不如炭黑優良，需加入量較大才能滿足要求；而添加量過大會造成材料力學性能降低，成本增加。

石墨烯是近年新發現的由單層碳原子緊密堆積成的具有二維片層結構(<1nm)的一種碳質材料，其強度高和導電性好。氧化鋅（ZnO）是一種常用的化工產品，白色或乳白色，具有特別的電子結構，價格便宜。石墨烯/氧化鋅導電復合材料兼具石墨烯和氧化鋅的雙重導電特性，將其添加到高分子材料中不僅可以起到良好的導電性能，而且其特殊的片狀結構還可以增強材料的力學等性能。中國專利CN102654474A提出了一種石墨烯摻雜氧化鋅納米薄膜的制作方法，其技術方案是將石墨烯與氧化鋅溶于乙二醇溶液制得混合液，滴涂在器件敏感膜上，真空80℃干燥制得石墨烯摻雜氧化鋅納米薄膜。但是，低溫下石墨烯摻雜氧化鋅效果并不理想。中國專利CN103199126A公開了一種石墨烯-氧化鋅透明導電薄膜及其制備方法，首先分別將石墨烯和氧化鋅分散于乙二醇甲醚中形成溶膠-凝膠，制備石墨烯-氧化鋅溶液，然后利用反復旋涂石墨烯-氧化鋅溶液于襯底，并在無氧條件下高溫退火處理制得石墨烯-氧化鋅透明導電薄膜。然而，上述兩種方法都用水合肼還原氧化石墨制備石墨烯，此外，都采用有機試劑乙二醇（醚）作為分散介質，生產成本昂貴。

發明內容

針對背景技術中存在的問題，本發明目的在于提供一種石墨烯/摻鋁氧化鋅導電復合材料制備方法，制備方案為：

首先，在氧化石墨烯表面負載含鋁堿式碳酸鋅；然后在氮氣條件下，高溫處理制得石墨烯/摻鋁氧化鋅（石墨烯/ZAO）導電復合材料，

作為優選，上述氧化石墨烯是通過對氧化石墨進行冷剝離制備而成的。

具體的制備步驟為：

本發明所述的氧化石墨是通過Hummers法來制得（但絕不局限于該制備方法），具體包括：在冰浴中，將石墨、無水硝酸鈉與濃硫酸均勻混合，攪拌中加入高錳酸鉀得到混合物，將該混合物轉移至40℃水浴中反應30分鐘，逐步加入去離子水，保持反應溫度98℃，繼續反應40分鐘，加入30%H₂O₂（質量百分數）至不產生氣泡為止，過濾，用5%（質量百分數）的鹽酸溶液反復洗滌，最后用去離子水洗滌至中性，真空干燥，制得氧化石墨，

本發明中作為優選，所用的氧化石墨烯是通過對氧化石墨進行冷剝離制備而成的，具體制備操作為：將氧化石墨均勻分散到去離子水中，其中氧化石墨與去離子水質量之比為0.01～0.05：1，在溫度為-15～-1℃條件下冷凍12～24小時，加熱（加熱至冰塊基本熔化即可），在頻率為20KHz～40KHz條件下超聲處理30～60分鐘，制得氧化石墨烯分散液，

利用上述制備的氧化石墨烯分散液，來制備石墨烯/摻鋁氧化鋅導電復合粉體的操作步驟如下：

（1）向上述制備的氧化石墨烯分散液中加入可溶性鋅鹽和鋁鹽，在溫度為60～80℃條件下，攪拌均勻后，向體系中滴加碳酸鈉溶液至體系pH值為6～8，熟化（熟化時間為30～60分鐘，熟化溫度為60～80℃）、過濾、洗滌，得到石墨烯/摻鋁氧化鋅導電復合材料的前驅體復合物，

其中，可溶性鋅鹽為硫酸鋅（ZnSO₄·7H₂O）、氯化鋅（ZnCl₂）、硝酸鋅（Zn(NO₃)₂·6H₂O）或醋酸鋅（Zn(CH₃COO)₂），加入量為：按ZnO與石墨烯質量比為0.3～1.0：1計算，