[發(fā)明專利]一種石墨烯-氧化二硼化鈦復合物及其制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410159874.1
• 申請日: 2014-04-21
• 公開（公告）號: CN103937295A
• 公開（公告）日: 2014-07-23
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 顧嬡娟;王童星;梁國正;袁莉
• 申請（專利權(quán)）人: 蘇州大學
• 主分類號: C09C1/46
• 分類號: C09C1/46;C09C3/06;C09C3/12;C09C3/08
• 代理公司: 蘇州創(chuàng)元專利商標事務(wù)所有限公司 32103
• 代理人: 陶海鋒

技術(shù)領(lǐng)域

??本發(fā)明特別涉及一種石墨烯-氧化二硼化鈦復合物及其制備方法，屬無機納米材料技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

石墨烯是由碳原子以sp²雜化排列組成蜂窩狀結(jié)構(gòu)的二維薄片，具有巨大的電子遷移率、高熱導率、優(yōu)異的機械強度和大的比表面積。近年來，石墨烯以其優(yōu)越的電學、熱學、力學性能受到廣泛關(guān)注，在電子器件、介電材料和能量存儲等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用潛力。

?目前，制備高介電材料的主要方法是在聚合物中引入導體，具有優(yōu)異電學性能的石墨烯常作為導體被引入到聚合物基體中制備高介電常數(shù)復合材料。但是，由于高介電常數(shù)的獲得是基于滲流機理，因此在滲流現(xiàn)象出現(xiàn)附近，材料的電導損耗較大，導致復合材料的介電損耗較高。

?迄今，一種能夠有效降低復合材料介電損耗的方法是在導體表面包覆絕緣層。但是這種方法常常帶來兩個副作用，一是介電常數(shù)降低。如Dang等人（Dongrui?Wang，Yaru?Bao，Junwei?Zha，Jun?Zhao，Zhimin?Dang，Guohua?Hu.?ACS?Appl.?Mater.?Interfaces?2012;?4;?6273?6279）制備了聚乙烯醇包覆石墨烯/聚偏氟乙烯樹脂復合材料，發(fā)現(xiàn)在石墨烯導體含量相同的情況下，聚乙烯醇-石墨烯/聚偏氟乙烯復合材料的介電損耗和介電常數(shù)均低于石墨烯/聚偏氟乙烯復合材料的相應(yīng)值。這是因為覆蓋在石墨烯薄片上的聚乙烯醇阻礙了石墨烯上電子的運動，使得石墨烯優(yōu)異的電學性能未得到充分的發(fā)揮。另一個副作用是復合材料的滲流閾值增大。導體/聚合物復合材料取得高介電常數(shù)是源于滲流效應(yīng)，絕緣層的存在阻礙了導電網(wǎng)絡(luò)的形成，常常需要更多的導體的存在。換言之，要想獲得高介電常數(shù)，往往需要添加高含量的功能體，這將劣化復合材料的工藝性，甚至力學性能等其他性能。因此，如何克服上述兩個副作用，研發(fā)一種用于制備高介電常數(shù)、低介電損耗和低滲流閾值樹脂基復合材料的功能體是一個具有重大應(yīng)用價值的課題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的問題是克服現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，提供一種表面含有大量氨基、羥基等活性官能團的石墨烯-氧化二硼化鈦復合物及其制備方法，所提供的產(chǎn)物可用于制備高介電常數(shù)、低介電損耗和低滲流閾值樹脂基復合材料。

?實現(xiàn)本發(fā)明的目的技術(shù)方案是提供一種石墨烯-氧化二硼化鈦復合物的制備方法，包括如下步驟：

（1）按質(zhì)量計，將10份氧化二硼化鈦分散到50～60份質(zhì)量分數(shù)為35%～40%的過氧化氫溶液中，在100～106℃的溫度條件下反應(yīng)5～6h；反應(yīng)結(jié)束后，經(jīng)洗滌，抽濾，得到羥基化的氧化二硼化鈦；

（2）按質(zhì)量計，將10份步驟（1）制備的羥基化的氧化二硼化鈦加入到100～120份無水乙醇中，混合后得到懸浮液；在所述的懸浮液中加入0.1～0.2份γ-氨丙基三乙氧基硅烷，在60～65℃的溫度條件下反應(yīng)5～6h，反應(yīng)結(jié)束后，經(jīng)抽濾，洗滌，干燥，得到氨基化的氧化二硼化鈦；

（3）按質(zhì)量計，在攪拌條件下，將1份氧化石墨分散于500～600份N,N-二甲基甲酰胺中，得到氧化石墨烯分散液；將0.005～0.5份步驟（2）制備的氨基化的氧化二硼化鈦加入到所述的氧化石墨烯分散液中，在60～70℃的溫度條件下反應(yīng)12～24h；再加入10份L-抗壞血酸，在80～100℃的溫度條件下反應(yīng)24～48h，反應(yīng)結(jié)束后，經(jīng)抽濾、洗滌、干燥，得到一種石墨烯-氧化二硼化鈦復合物。

本發(fā)明技術(shù)方案中所述的氧化石墨，其制備方法包括如下步驟：

（1）按質(zhì)量計，將2份石墨、1份硝酸鈉和46份質(zhì)量濃度為98%的濃硫酸加入到反應(yīng)器中攪拌混合，反應(yīng)器放置于溫度為0～4℃的冰水浴中；

（2）?在10～15℃的溫度條件下，向反應(yīng)器中緩慢加入6份高錳酸鉀，再保溫攪拌2～3h；

（3）將反應(yīng)器移至溫度為30～40℃的水浴中，保溫攪拌30～35min；

（4）反應(yīng)結(jié)束后，向反應(yīng)器中緩慢滴加92份去離子水，升溫至95～98℃，保溫15～20min；

（5）在反應(yīng)器中加入15份質(zhì)量濃度為30%的雙氧水，攪拌20～30min后，加入140份去離子水，得到粗產(chǎn)物；將所述的粗產(chǎn)物經(jīng)離心、質(zhì)量濃度為5%的鹽酸洗滌、去離子水洗滌處理至pH為6～7，干燥后得到氧化石墨。