[發明專利]一種蒸汽還原氧化石墨烯導電高分子復合膜及制備方法和應用

在審

• 申請號: 201710400372.7
• 申請日: 2017-05-31
• 公開（公告）號: CN107364844A
• 公開（公告）日: 2017-11-21
• 發明（設計）人: 祝振強;羅洪盛;周興東;王華權;易國斌;王卓瑩;唐梓正
• 申請（專利權）人: 廣東工業大學
• 主分類號: C01B32/184
• 分類號: C01B32/184;H01B5/14;H01B13/00
• 代理公司: 廣東廣信君達律師事務所44329
• 代理人: 張燕玲,楊曉松

技術領域

本發明屬于高分子材料及導電納米材料領域，特別涉及一種蒸汽還原氧化石墨烯導電高分子復合膜及制備方法和應用。

背景技術

在2004年被單層的石墨烯被提取后，由于其獨特的性質引起了世界許多科研人員的關注和研究。石墨烯是石墨的單層原子的正六邊形網格結構，具有其它材料沒有的獨特的二維晶體結構，而由于其獨特的二維晶體結構，石墨烯具有高強度，高導電性和好的傳熱性等性質.正因為石墨烯具有這么多優異的性能，使其擁有非常廣泛的應用領域。

石墨烯優異的性能吸引了許多的研究者開始對石墨烯開始進行了研究。因為石墨烯是石墨的單層原子，因此想要提取出石墨烯就需要克服石墨之間的相互作用力。現階段，由于石墨穩定的結構，石墨烯的制備方法并不多，主要有四種：微機械剝離法、外延生長法、化學氣相沉積法以及氧化石墨還原法。不同的方法有各自的特點，對于微機械剝離法，操作雖然簡單，但是可控性差，制備出的膜尺寸非常有限，使石墨烯在應用方面存在限制性。外延生長法可以制備出面積較大的膜，但在制備過程中所需要的條件要求比較高。被認為是最具有潛力的制備方法是化學氣相沉積法，這種方法能夠制備出大面積的膜，但是在操作上比較復雜，反應的條件要求比較高，對設備要求也比較高，因而成本高，同時氣相沉積法制備出的膜在電子遷移率等方面并不具有明顯的優勢。

由于石墨烯的在成膜性方面限制，在此基礎上，氧化石墨的制備被廣泛的應用，如Brodie法hummers法，但目前采用比較多的是hummers法，其制備出來的氧化石墨烯具有很好的成膜性可以大批量的制備，解決了石墨烯在成膜性上困難。

在氧化石墨烯良好的成膜性的基礎上進行還原，目前還原方法有高溫法和化學還原法。而高溫還原法，所需要的溫度較高，且氧化石墨烯在還原過程中起皺。限制了應用。而化學還原法有水合肼溶液還原法(Dan li，Processable aqueous dispersions of graphene nanosheets，Nature Nanotechnology,3(2),101-105。)，鞣酸還原法、金屬氫化物還原、電化學還原、葡萄糖還原、水熱法還原等等。對于大多數化學還原法都只是采用對溶液進行還原，雖然可以成功的還原氧化石墨烯，但是卻不能很好的分散在溶劑中，因此對還原氧化石墨烯的成膜造成了許多的限制。

發明內容

為了克服現有技術的缺點與不足，針對傳感的應用，本發明的首要目的在于提供一種蒸汽還原氧化石墨烯導電高分子復合膜的制備方法；該方法利用合成的氧化石墨烯通過滴涂以及旋涂等方法在基體上形成一層致密的網絡結構，再將PU溶液滴涂在氧化石墨烯表面，通過在真空干燥機下70℃下干燥得到復合膜；該方法利用了蒸汽方式進行還原，在還原過程中，膜的導電性上升且膜的結構保持完好。

本發明的另一目的在于提供一種上述制備方法制備得到的蒸汽還原氧化石墨烯導電高分子復合膜。該復合膜具有良好的導電性，且在傳感有獨特的特性，靈敏性發生了改變，相對于高靈敏，本發明制備的導電高分子具有很好應變-電阻效果，同時在熱傳感方面兼具高靈敏度和很好回復性。

本發明的再一目的在于提供上述蒸汽還原氧化石墨烯導電高分子復合膜的應用。

本發明的目的通過下述技術方案實現：

一種蒸汽還原氧化石墨烯導電高分子復合膜的制備方法，包括以下操作步驟：

將氧化石墨烯溶液滴涂或旋涂在高分子基體上，加熱烘干，得到導電層；在導電層上滴涂彈性高分子溶液，然后高溫真空固化成膜，得到柔性的氧化石墨烯高分子膜；將氧化石墨烯高分子膜從基體剝離，放置于密閉的容器中，在氧化石墨烯高分子膜四周添加水合肼溶液或水合肼-氨水混合溶液，加熱進行蒸汽還原，得到還原氧化石墨烯的高分子復合膜。

所述氧化石墨烯是由Hummer法制備得到，其直徑大小為1-5nm；所述彈性高分子為聚氨酯，其數均分子量是10000-1000000；所述彈性高分子溶液的濃度為100mg/ml；所述氧化石墨烯溶液的濃度為3.5mg/ml-6mg/ml；所述氧化石墨烯和彈性高分子的重量百分比分別為3％-10％和90％-97％。

所述氧化石墨烯溶液是將氧化石墨烯溶于無水乙醇、水或異丙醇中，優選無水乙醇；所述彈性高分子溶液是將彈性高分子溶于N,N二甲基乙酰胺、二甲基亞砜、N,N二甲基甲酰胺或四氫呋喃中，優選N,N二甲基乙酰胺。

所述高分子基底為彈性環氧高分子、聚氨酯或者彈性的硅氧烷高分子。

所述高溫真空固化成膜是在溫度60-80℃下加熱12h，然后抽真空24h。