[發明專利]一種石墨烯導電線材及其制備方法

有效

• 申請號: 201510875286.2
• 申請日: 2015-12-03
• 公開（公告）號: CN105385112B
• 公開（公告）日: 2017-05-10
• 發明（設計）人: 吳海華;王道;吳朝;柳寧;董小陽;黃才華;魏正英
• 申請（專利權）人: 三峽大學
• 主分類號: C08L63/10
• 分類號: C08L63/10;C08L75/14;C08L67/06;C08L71/00;C08L33/00;C08K9/06;C08K3/04
• 代理公司: 宜昌市三峽專利事務所42103
• 代理人: 蔣悅

技術領域

本發明涉及一種石墨烯導電線材及其制備方法，屬于填充復合型電磁屏蔽材料及其制備技術領域。

背景技術

石墨烯是一種由碳原子以sp²雜化軌道組成六角型呈蜂巢晶格的平面薄膜，只有一個碳原子厚度的二維晶體材料。由于其獨特的結構，石墨烯具有非常高的楊氏模量和熱導率，分別約為1060GPa和3000W·m^-1K^-1；電導率則高達6000S/cm、比表面積高達2600m²/g，石墨烯擁有諸多優異性能，在航天軍工、電磁防護、太陽能電池、超級電容器、柔性顯示屏、傳感器、能量儲存、吸附和催化等諸多領域具有潛在應用前景，獲得廣泛研究。

隨著各種電器的普及，如電子計算機、通訊衛星、高壓輸電網以及醫用設備的廣泛使用，由此帶來的電磁輻射污染也越來越嚴重，為此必須進行電磁屏蔽，目前在電磁屏蔽行業用到的電磁屏蔽材料有表層導電型和填充復合型，其中表層導電型電磁屏蔽材料主要制造方法之一即導電涂料涂覆于塑料表面，加入的導電填料一般是金、銀、銅、鎳、等金屬，金粉的導電性最高，化學穩定性好，但價格昂貴；銀粉的導電性能優良，價格較金粉低，但配膠后易沉淀，有“遷移”現象；銅、鎳、的性能與銀相似，價格比銀低的多但易氧化，配膠的耐久性差導電性不穩定。本發明涉及一種石墨烯導電線材及其制備方法，導電填料為石墨烯，石墨烯在導電線材內部形成三維有序導電網絡結構，外層由紫外光固化樹脂包裹，所發明的石墨烯導電線材具有良好的導電性能和良好的絕緣性，其綜合性能與銅/鋁漆包線相當，是一種很有發展前途的電磁屏蔽材料；所采取的制備方法簡單實用，易實現規模化生產。

發明內容

本發明提出一種石墨烯導電線材及其制備方法。具體發明內容如下：

所述的石墨烯導電線材由紫外光固化樹脂單元層堆積固化而成，每個單元層包含多個功能化石墨烯粉末2D填充區和紫外光固化樹脂基材區，相鄰單元層間功能化石墨烯粉末填充區相互連接在一起，在紫外光固化樹脂內部形成三維有序導電網絡。按重量計，紫外光固化樹脂占90～99份，而功能化石墨烯粉末1～10份。所述的紫外光固化樹脂單元層的厚度為0.05～0.38mm，直徑為

所述的紫外光固化樹脂薄膜基材單元層包含有多個相互獨立的功能化石墨烯粉末填充區，相鄰單元層間功能化石墨烯粉末2D填充區對應連接在一起，形成三維有序導電網絡結構。

所述的功能化石墨烯粉末為石墨烯粉末與偶聯劑的混合物。偶聯劑為γ-氨基三乙氧基硅烷，加入量為石墨烯質量的0.5％～2％。

所述的紫外光固化樹脂是環氧丙烯酸樹脂、聚氨酯丙烯酸樹脂、聚酯丙烯酸樹脂、聚醚丙烯酸樹脂、純丙烯酸樹脂和乙烯基樹脂中任意一種。

所述的石墨烯導電線材制備方法，先用點膠機將適量的液態紫外光固化樹脂涂敷到金屬模具型腔中，并用刮刀刮平，獲得液態紫外光固化樹脂薄膜基材；然后將功能化石墨烯粉末精確噴射到液態紫外光固化樹脂薄膜基材中，在紫外光作用下使之固化；最后在拉絲裝置作用下，線材整體向下移動一個薄膜基材厚度，重復上述過程，即可獲得內嵌有石墨烯三維有序導電網絡的導電線材。包括如下步驟：

(1)功能化石墨烯粉末的制備：將石墨烯粉末、偶聯劑和溶劑混合，放入磁力攪拌器中，攪拌速度100～150r/min，攪拌時間為20～40min，將各物質混合均勻；然后放入超聲波清洗器中，60℃～70℃水浴條件下超聲5～10h；最后將溶液干燥、研磨，制得功能化石墨烯粉末。

(2)單元層制備：用點膠機首先在金屬模具型腔中涂敷一層液態紫外光固化樹脂，利用刮刀刮平，獲得紫外光固化樹脂薄膜基材；利用微噴射裝置將功能化石墨烯粉末噴射到紫外光固化樹脂薄膜基材中，用紫外光照射，使之固化，獲得包含有多個相互獨立的功能化石墨烯粉末2D填充區和紫外光固化樹脂基材區的單元層。

(3)石墨烯線材成型：在拉絲裝置作用下，工作臺下降一個單元層厚度，用點膠機涂敷一層液態紫外光固化樹脂，刮平，再將功能化石墨烯粉末噴射到紫外光固化樹脂薄膜基材中，用紫外光照射，使之固化，保證相鄰單元層結合在一起，功能化石墨烯粉末2D填充區相互連接在一起，形成三維有序導電網絡結構。重復上述過程，即可獲石墨烯導電線材。