[發(fā)明專利]一種基于多級結(jié)構(gòu)石墨烯的可拉伸透明導(dǎo)電彈性體的制備方法

有效

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• 申請日: 2016-09-07
• 公開（公告）號: CN106229038B
• 公開（公告）日: 2017-10-24
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張青紅;穆九柯;王宏志;李耀剛;江雨;姜穎;杜驍
• 申請（專利權(quán)）人: 東華大學(xué)
• 主分類號: H01B5/14
• 分類號: H01B5/14;H01B13/00;C01B32/20
• 代理公司: 上海泰能知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所31233
• 代理人: 黃志達(dá),魏峯

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于可拉伸透明導(dǎo)電材料的制備領(lǐng)域，特別涉及一種基于多級結(jié)構(gòu)石墨烯的可拉伸透明導(dǎo)電彈性體的制備方法。

背景技術(shù)

透明導(dǎo)電薄膜是一種既能導(dǎo)電又在可見光范圍內(nèi)具有高透明率的一種薄膜，被廣泛應(yīng)用于太陽能電池、發(fā)光二極管、平板顯示器以及氣敏元件等領(lǐng)域。目前已廣泛應(yīng)用的透明導(dǎo)電薄膜都是在陶瓷、玻璃等硬質(zhì)襯底材料上制備的,但由于這些材料存在著質(zhì)脆易碎、不易變形等缺陷，所以很大程度上限制了透明導(dǎo)電薄膜的應(yīng)用。與硬質(zhì)襯底材料相比,在有機(jī)柔性襯底材料上制備的透明導(dǎo)電薄膜不但具備相同的光電特性，而且還具有很多特有的優(yōu)點(diǎn)，如：能彎折變形，輕薄便攜，不易破碎，可以采用卷對卷工業(yè)化連續(xù)生產(chǎn)方式有利于提高效率、便于運(yùn)輸?shù)取?/p>

近年來隨著可穿戴電子器件(如谷歌眼鏡、蘋果智能手表、小米手環(huán)等)以及智能服裝的迅速發(fā)展，僅僅具有柔性、透明等性質(zhì)導(dǎo)電薄膜已經(jīng)無法完全滿足應(yīng)用的需求，能夠大范圍的彎曲折疊甚至可以隨意拉伸的透明導(dǎo)電材料的研究已引起了人們的更廣泛關(guān)注。

目前用于透明導(dǎo)電膜主要分為：氧化物半導(dǎo)體膜、金屬膜、金屬復(fù)合膜、高分子膜及納米碳管膜(CNT)、石墨稀膜(Graphene)、金屬納米線膜等。金屬透明導(dǎo)電膜導(dǎo)電性好，但是透過率較低，而且純金屬的強(qiáng)度和硬度都不高，價格昂貴，其主要用作透明電磁屏蔽材料。氧化物半導(dǎo)體雖然光電性能出色，耐熱和耐腐燭性較好，但是其彎曲性能、柔性差限制了其在柔性電子器件的應(yīng)用。高分子導(dǎo)電膜柔性很好，可彎曲，但導(dǎo)電性能相對比較差使其很難被大范圍的應(yīng)用。相比之下，碳納米管、石墨烯和金屬納米線等低維納米材料不僅導(dǎo)電性優(yōu)良，而且由于其材料本身特殊的形貌而具有很好的柔初性，是制備柔性透明導(dǎo)電膜的理想材料。

中國專利CN102993995A公開了一種透明導(dǎo)電膠膜的制備方法，該方法使用熱壓的方法將納米銀線壓在透明PET薄膜表面上；中國專利CN103903817A公開了一種使用噴涂的方法制備石墨烯/銀納米線復(fù)合透明導(dǎo)電薄膜的方法。雖然兩種方法都實(shí)現(xiàn)了透明導(dǎo)電薄膜的柔性可彎曲化，但是二者并未實(shí)現(xiàn)透明導(dǎo)電薄膜的可拉伸化，其主要原因是拉伸變形會破壞導(dǎo)電層的完整性，從而使其失去導(dǎo)電的能力。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種基于多級結(jié)構(gòu)石墨烯的可拉伸透明導(dǎo)電彈性體的制備方法，該方法操作簡單，反應(yīng)條件溫和，無特殊設(shè)備要求，適合大規(guī)模生產(chǎn)。

本發(fā)明的一種基于多級結(jié)構(gòu)石墨烯的可拉伸透明導(dǎo)電彈性體的制備方法，包括：

(1)將聚合物彈性體拉伸后貼敷在開口容器的開口外沿處形成封閉空間，加熱容器，聚合物彈性體膨脹成球狀；

(2)將還原的氧化石墨烯溶液噴涂在膨脹的彈性體表面，冷卻至室溫，待聚合物彈性體恢復(fù)起始形貌，取下，得到基于多級結(jié)構(gòu)石墨烯的可拉伸透明導(dǎo)電彈性體。

所述步驟(1)中聚合物彈性體為聚丙烯酸酯、聚氨酯或聚甲基丙烯酸甲脂等具有良好拉伸性能的聚合物。

所述步驟(1)中聚合物彈性體經(jīng)過兩次拉伸：首先是預(yù)拉伸貼敷到玻璃培養(yǎng)皿開口處外沿；其次為加熱培養(yǎng)皿使其內(nèi)部空氣膨脹將聚合物彈性體擠壓為球狀(類似于吹氣球)，以上兩步拉伸均為多軸拉伸。

所述步驟(1)中拉伸為多軸拉伸。

所述步驟(1)中開口容器為玻璃培養(yǎng)皿；加熱容器的溫度根據(jù)聚合物的不同而不同，如從80～150℃。

所述步驟(2)中還原的氧化石墨烯溶液的濃度為0.001mg/mL～100mg/mL。

所述還原的氧化石墨烯的制備方法包括：將氨水加入到氧化石墨烯分散液中，調(diào)節(jié)pH至9～12，攪拌0.5～8h，加入水合肼溶液，85～95℃反應(yīng)0.5～2h，得到還原的氧化石墨烯；其中，加熱時保持容器為密封狀態(tài)；氧化石墨烯分散液中的氧化石墨烯的厚度為0.3～5nm(單層或少層。

所述水合肼的質(zhì)量與氧化石墨烯的質(zhì)量比為1～10:5。

所述氧化石墨烯分散液的制備方法包括：將氧化石墨分散到去離子水中，經(jīng)過超聲處理，得到單層或少層的氧化石墨烯分散液；其中，超聲的時間為0.5～5h；其中，氧化石墨其片層大小在50平方納米到1000平方微米之間。

所述步驟(2)中噴涂的方式為：用噴槍進(jìn)行噴涂。

所述步驟(2)中還原的氧化石墨烯溶液的噴涂量為3mL/cm²～10mL/cm²。

所述步驟(2)中多級結(jié)構(gòu)為短程褶皺結(jié)構(gòu)和長程褶皺結(jié)構(gòu)并存。