[發明專利]石墨烯改性材料及制備方法

在審

• 申請號: 201710227225.4
• 申請日: 2017-04-07
• 公開（公告）號: CN107082421A
• 公開（公告）日: 2017-08-22
• 發明（設計）人: 丁天朋;趙偉;孫雅娟;武斌
• 申請（專利權）人: 新奧科技發展有限公司
• 主分類號: C01B32/194
• 分類號: C01B32/194
• 代理公司: 北京中博世達專利商標代理有限公司11274
• 代理人: 申健

技術領域

本發明涉及一種石墨烯材料，尤其涉及一種石墨烯改性材料及制備方法。

背景技術

石墨烯是一種新興的碳材料，其具有性質穩定、導電性良好、比表面積大、比強度大等優異的物理化學性質，可以用于導電漿料、防腐涂料、復合材料等新型材料的制備。

采用石墨烯制備上述新型材料的前提是，需要將石墨烯均勻地、相對穩定地分散在其他基體中，如水、有機溶劑或聚合物樹脂等，，這樣才可以進行后續的新型材料的制備步驟。

但是，直接將石墨烯分散在上述基體中，石墨烯的分散性很差，導致石墨烯與基體不能夠形成均勻的、相對穩定的混合體系，從而嚴重地制約了石墨烯的廣泛應用。

發明內容

本發明的目的在于提供了一種醛基化石墨烯及其制備方法，在保證石墨烯導電性的基礎上，解決現有技術中石墨烯在基體中分散性差的問題。

為了達到上述目的，本發明采用如下技術方案：

該制備方法是以石墨烯為原料，將石墨烯與Vilsmeier試劑混合，通過加熱回流，使得石墨烯與Vilsmeier試劑發生亞胺化反應，得到亞胺化的石墨烯；將亞胺化的石墨烯水解，得到醛基化石墨烯；其中，Vilsmeier試劑通過N,N-二甲基甲酰胺與三氯氧磷發生Vilsmeier反應制得。

與現有技術相比，上述醛基化石墨烯的制備方法是通過加熱回流使得石墨烯與Vilsmeier試劑反應，使得Vilsmeier試劑進攻石墨烯的芳香環上的活潑氫，生成亞胺離子中間體，亞胺離子中間體進一步水解為醛基，即可得到表面醛基修飾的醛基化石墨烯。由于醛基的引入提高了石墨烯分子鏈的極性，使得醛基化石墨烯能夠均勻、相對穩定地分散于基體中，而很好的分散性促使醛基化石墨烯的分子鏈更加舒展，從而提高了醛基化石墨烯的導電性。相比于石墨烯原料，該醛基化石墨烯在基體中的分散性有顯著的提高，因此由醛基化石墨烯制備的復合材料導電性也顯著提高，使其能夠在制備石墨烯復合材料領域得到更廣泛的應用。

本發明的另一個目的在于提供一種烷基化石墨烯及其制備方法，在保證石墨烯的導電性的基礎上，同樣可以解決現有技術中石墨烯在基體中分散性差的問題。

為了達到上述目的，本發明采用如下技術方案：

以醛基化石墨烯和有機醇為原料，在酸性條件下進行縮醛反應，得到烷基化石墨烯；其中，醛基化石墨烯為上述的醛基化石墨烯。

與現有技術相比，本發明提供的烷基化石墨烯的制備方法是以酸性溶液作為催化劑，催化醛基化石墨烯與有機醇發生縮醛反應，即醛基化石墨烯中具有較高化學活性的醛基與有機醇中的羥基發生加成反應，將有機醇中的烷基引入到醛基化石墨烯分子鏈中，從而得到表面烷基修飾的烷基化石墨烯。石墨烯分子鏈中引入的烷基能夠較好的溶于有機溶劑中，也就是說，烷基能夠較好的與有機溶劑相互作用，使得分子鏈中具有烷基的石墨烯能夠均勻、相對穩定地分散于有機溶劑中，很好的分散性同樣可以促使烷基化石墨烯的分子鏈更加舒展，從而提高了烷基化石墨烯的導電性。相比于石墨烯原料，該烷基化石墨烯在基體中的分散性有顯著的提高，因此由烷基化石墨烯制備的復合材料導電性也顯著提高，使其能夠在制備石墨烯復合材料領域得到更廣泛的應用。

同時，本發明還提供了一種石墨烯復合材料，該石墨烯復合材料是以上述醛基化石墨烯和/或上述烷基化石墨烯為原料制得。

與現有技術相比，該石墨烯復合材料以醛基化石墨烯和/或烷基化石墨烯為基體，由于在石墨烯復合材料制備過程中，醛基化石墨烯、烷基化石墨烯均勻和相對穩定地分散于有機溶劑中，使得醛基化石墨烯、烷基化石墨烯能夠與石墨烯復合材料中的增強體充分接觸，提高了基體與增強體之間的相容性，從而使其具有較好的力學、導電和導熱特性。

具體實施方式

為使本發明所提出的技術方案的目的、特征和優點能夠更加明顯易懂，下面將對本發明所提出的技術方案的實施例進行說明。

在此需要說明的是，本發明所說的石墨烯改性材料是醛基化石墨烯、烷基化石墨烯或石墨烯復合材料中的一種。

本發明提供了一種醛基化石墨烯，其制備方法是以石墨烯為原料，將石墨烯與Vilsmeier試劑混合，通過加熱回流，使得石墨烯與Vilsmeier試劑發生亞胺化反應，得到亞胺化的石墨烯；將亞胺化的石墨烯水解，得到醛基化石墨烯；其中，Vilsmeier試劑通過N,N-二甲基甲酰胺與三氯氧磷發生Vilsmeier反應制得。