[發明專利]石墨烯復合粉體材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201410546061.8
• 申請日: 2014-10-15
• 公開（公告）號: CN104310388B
• 公開（公告）日: 2017-07-21
• 發明（設計）人: 劉兆平;周旭峰;唐長林;秦志鴻;胡建國;王國華;趙永勝
• 申請（專利權）人: 寧波墨西科技有限公司;中國科學院寧波材料技術與工程研究所
• 主分類號: C01B32/194
• 分類號: C01B32/194
• 代理公司: 北京東方匯眾知識產權代理事務所(普通合伙)11296
• 代理人: 張淑賢

技術領域

本發明涉及石墨烯材料，尤其涉及一種微納材料復合的石墨烯復合粉體材料。

背景技術

石墨烯材料為一種由碳原子通過sp2雜化構成的蜂窩狀網絡結構，且是只有一個碳原子厚度的二維材料。因石墨烯材料具有優異的電學、光學、熱學和力學性能而引起了研究者極大的研究興趣。

目前，石墨烯材料的制備方法有機械剝離法、氧化-還原法、晶體外延生長法、化學氣相沉積法、有機合成法和剝離碳納米管法等。其中，氧化-還原法因其容易實現且成本低廉而成為制備石墨烯材料的常用方法。然而，通過該方法制得的石墨烯材料的密度小，因而后續的工業應用中容易產生揚塵，且較難運輸及儲存。

又比如：申請號為201310200469.5的中國專利公開了一種石墨烯材料粉體的制備方法，其先將石墨加入到含有氧化劑和插層劑的混合溶液中，將得到的混合溶液進行超聲處理的同時通入氦氣，形成插層劑和氦分子插層的石墨插層化合物；再對石墨插層化合物進行熱處理和超聲剝離，得到石墨烯材料粉體。然而，通過這種制備方法得到的石墨烯材料粉體的團聚程度較高，分散性較差，因而不利于石墨烯材料在后續的下游產品中的應用。

發明內容

有鑒于此，確有必要提供一種分散性好且易于產業化應用的石墨烯復合粉體材料及其制備方法。

一種石墨烯復合粉體材料，其包括石墨烯材料和附著于所述石墨烯材料表面的微納結構材料。

其中，所述微納結構材料為碳黑，導電碳黑，金剛石，氮化硼，氮化硅，二氧化硅，氧化鋁，硫酸鋇，碳納米管，碳纖維，石墨，金屬粉，硅，蒙脫土，以及水滑石中的一種或組合，其中所述金屬粉包括金粉，銀粉，銅粉，以及鋅粉中的一種或多種。

其中，所述微納結構材料與石墨烯材料的質量比例為0.1:1～5:1。

其中，所述微納結構材料與石墨烯材料的質量比例為1:2～2:1。

其中，所述石墨烯復合粉體材料還包括第二聚合物，所述石墨烯材料和所述微納結構材料均分散于第二聚合物中，所述石墨烯材料與第二聚合物的質量比為1:0.01～1:100。

其中，所述石墨烯材料與第二聚合物的質量比為1:0.1～1:10。

其中，所述第二聚合物選自聚乙烯醇，聚乙二醇，聚丙烯酰胺，聚乙烯吡咯烷酮，醋酸纖維素，羧甲基纖維素鈉，以及聚谷氨酸中的一種或組合。

一種石墨烯復合粉體材料的制備方法，包括以下步驟：(1)將第二聚合物、石墨烯材料、以及微納結構材料加入水中，得到混合溶液，其中所述石墨烯材料與第二聚合物的質量比為1:0.01～1:100，微納結構材料與石墨烯材料的質量比例為0.1:1～5:1；(2)干燥處理得到所述石墨烯復合粉體材料。

其中，所述第二聚合物選自聚乙烯醇，聚乙二醇，聚丙烯酰胺，聚乙烯吡咯烷酮，醋酸纖維素，羧甲基纖維素鈉，以及聚谷氨酸中的一種或組合。

一種石墨烯復合粉體材料的制備方法，其包括以下步驟：(1)將第一聚合物單體、石墨烯材料、以及微納結構材料加入水中，得到混合溶液，其中所述第一聚合物單體、石墨烯材料與微納結構材料的質量比為(0.01～1):(0.1～1):(5～1)；(2)加入水溶性引發劑，在30℃～100℃的反應溫度下進行反應，反應時間為1小時～10小時，其中所述水溶性引發劑與所述第一聚合物單體的質量比為1:10～1:100；以及,(3)干燥處理得到所述石墨烯復合粉體材料。

其中，所述第一聚合物單體為水溶性的馬來酸、馬來酸酐、富馬酸、富馬酸酸酐、丙烯酸、甲基丙烯酸、二烯丙基二甲基氯化銨、丙烯腈以及水溶性的丙烯酰胺類單體中的一種或組合，所述丙烯酰胺類單體選自丙烯酰胺、甲基丙烯酰胺、N-叔丁基丙烯酰胺、雙丙酮丙烯酰胺、2-丙烯酰氨基-2-甲基-1-丙烷磺酸、N-異丙基丙烯酰胺、肉桂酰胺和N-(3-二甲氨基丙基)甲基丙烯酰胺中的一種或組合，所述水溶性引發劑為選自過硫酸鹽、偶氮二異丁腈、偶氮二異庚腈、偶氮二異丁脒鹽酸鹽、偶氮二異丁咪唑啉鹽酸鹽、偶氮二異丁咪唑啉或偶氮二氰基戊酸中的一種或組合。

其中，所述混合溶液的制備方法具體為將第一聚合物單體、石墨烯材料、以及微納結構材料加入水中，并在30℃～50℃的溫度下攪拌0.1小時～2小時，所述反應溫度為40℃～60℃，所述水溶性引發劑與所述第一聚合物單體的質量比為1:20～1:50。