[發明專利]一種增強型石墨烯/導電聚合物氣凝膠及其制備方法

在審

• 申請號: 201610122816.0
• 申請日: 2016-03-04
• 公開（公告）號: CN105566861A
• 公開（公告）日: 2016-05-11
• 發明（設計）人: 廖彩芬
• 申請（專利權）人: 廖彩芬
• 主分類號: C08L65/00
• 分類號: C08L65/00;C08L79/04;C08L79/02;C08L25/06;C08K13/02;C08K3/04;C08K5/42;C08J9/28
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技術領域

本發明涉及一種氣凝膠及其制備方法，具體涉及一種增強型石墨烯/導電聚合物氣凝膠及其制備方法。

背景技術

氣凝膠是一種具有海綿狀結構的低密度、高比表面積、高孔隙率的多孔性納米材料，從而表現出獨特的光學、熱學、聲學及電學性能，它有很多重要的用途，比如在工業領域做保溫材料；民用領域作為冰箱隔熱材料、建筑保溫材料、隔音材料；太陽能領域作為集熱器；航空航天領域作為絕熱材料；軍工領域作為防彈材料。導電氣凝膠同時具有導電性和氣凝膠本身的特性，在超級電容器、鋰電池等領域的應用備受關注。CN105175720A中公開了一種由聚苯胺在低酯果膠水溶液中聚合而形成的氣凝膠；CN101851398A中公開了一種導電高分子氣凝膠及其制備方法，采用本征態導電高分子聚（3,4-乙撐二氧噻吩）摻雜聚電解質制成導電高分子氣凝膠。此類氣凝膠的缺點是導電性較差。

石墨烯是從石磨材料中剝離出來、由碳原子組成的只有一層原子厚度的二維晶體。石墨烯具有較高的電子遷移率（2×105cm2(V·S)-1）,比硅半導體的電子遷移率高100倍，比砷化鎵的電子遷移率高20倍，而電阻率只有約10-6Ω·cm。因此，被期待可用來發展更薄、導電速度更快的新一代電子元件或導電導熱膜。石墨烯氣凝膠因其具有石墨烯及氣凝膠的優良特性近年來得以廣泛研究。導電高分子是由具有共扼π-鍵的高分子經化學或電化學“摻雜”使其由絕緣體轉變為導體的一類具有導電功能的聚合物材料，如聚吡咯、聚噻吩、聚噻唑、聚苯硫醚等，不僅可作為多種金屬材料和無機導電材料的代替品，而且已成為許多先進工業部門和尖端技術領域不可缺少的一類材料。CN103601913A中公開了一種石墨烯/聚吡咯雜化氣凝膠及其制備方法；CN103537236A中公開了一種石墨烯與聚合物的氣凝膠，聚合物為聚四氟乙烯、聚乙烯醇、聚偏氟乙烯或羧甲基纖維素鈉的水溶液。CN103413689A中公開了一種石墨烯及石墨烯/金屬氧化物氣凝膠。與導電高分子氣凝膠相比，石墨烯氣凝膠導電性有所提高，但是由于石墨烯阻值上升很快，因此石墨烯氣凝膠導電率下降很快。

發明內容

為了克服現有技術中存在的缺點和不足，本發明的目的在于提供一種增強型石墨烯/導電聚合物氣凝膠，該氣凝膠因抑制了非導電聚合物的生成而具有超高的電導率，金屬離子的摻雜也使得其導電性更穩定，阻值上升更慢，可直接用于導電材料、隔熱材料、儲能材料、催化材料等領域。

本發明的另一目的在于提供一種增強型石墨烯/導電聚合物氣凝膠的制備方法，該制備方法工藝簡單，操作控制方便，質量穩定，生產成本低，適合工業化生產。

本發明的目的通過下述技術方案實現：一種增強型石墨烯/導電聚合物氣凝膠及其制備方法，其特征在于：所述石墨烯/導電聚合物氣凝膠的組成包括：石墨烯、有機酸或有機酸鹽、導電聚合物單體、溶劑、界面活性劑、氧化劑、金屬離子。

所述的一種增強型石墨烯/導電聚合物氣凝膠，其特征在于：所述有機酸或有機酸鹽為脂肪族的一元、二元、多元羧酸、磺酸及其鹽類，脂環族的一元、二元、多元羧酸、磺酸，芳香族的一元、二元、多元羧酸、磺酸及其鹽類。

所述的一種增強型石墨烯/導電聚合物氣凝膠，其特征在于：所述有機酸或有機磺酸鹽為甲酸、乙酸、過氧酸、乙二酸、丙二酸、苯甲酸、丁二酸、丁烯二酸、鄰苯二甲酸、α-萘乙酸、甲基磺酸、乙基磺酸、丙基磺酸、1-丁基磺酸、乙烯基磺酸和苯磺酸、聚苯乙烯磺酸、苯甲基磺酸、苯乙基磺酸、對氨基苯磺酸、甲其二磺酸、乙基二磺酸、對甲苯二磺酸及其鹽類中的一種或一種以上的混合物。

所述的一種增強型石墨烯/導電聚合物氣凝膠，其特征在于：所述有機酸為對甲苯磺酸和聚苯乙烯磺酸按質量比為1：3的混合物。

所述的一種增強型石墨烯/導電聚合物氣凝膠，其特征在于：所述導電高聚合物單體為聚噻吩、聚吡咯、聚苯胺、聚硫醚單體。

所述的一種增強型石墨烯/導電聚合物氣凝膠，其特征在于：所述導電高聚合物單體為聚噻吩及其衍生物。

所述的一種增強型石墨烯/導電聚合物氣凝膠，其特征在于：所述導電高分子聚合物為3,4-乙烯二氧噻吩。

所述的一種增強型石墨烯/導電聚合物氣凝膠，其特征在于：所述溶劑為烷基酚聚氧乙烯醚、脂肪醇聚氧乙烯醚、三苯乙基苯酚聚氧乙烯醚、聚氧丙烯嵌段聚醚中的一種或一種以上的混合物。