[發明專利]一種基于黑磷烯的半導體復合材料及其制備方法與應用

有效

• 申請號: 201711102151.8
• 申請日: 2017-11-10
• 公開（公告）號: CN107778745B
• 公開（公告）日: 2020-07-28
• 發明（設計）人: 朱佳媚
• 申請（專利權）人: 湖南辰礫新材料有限公司
• 主分類號: C08L33/12
• 分類號: C08L33/12;C08L23/08;C08L27/16;C08L79/02;C08K7/00;C08K3/34;C08G73/02
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本發明涉及一種基于黑磷烯的半導體復合材料及其制備方法與應用，其原料組分如下：黑磷烯?聚苯胺復合物10～20份，成膜基底50～60份，填料0～15份，交聯劑1～5份，有機溶劑200～250份。相對于現有技術，本發明以黑磷烯?聚苯胺為半導體介質，其特殊的二維納米結構，使得在不添加導電粉體情況下，在20℃的體積電阻率在6～11Ω·cm，應用前景廣泛；且黑磷烯二維納米結構與苯胺形成共軛結構，聚合后的聚苯胺與黑磷復合均勻，使得材料性能更加穩定。

技術領域

本發明涉及一種基于黑磷烯的半導體復合材料及其制備方法與應用，屬于半導體復合材料領域。

技術背景

聚合物半導電材料具有廣闊的應用前景，以電氣領域為例，在電纜中聚合物半導電材料主要用于中高壓電纜的絞線導體以及絕緣的屏蔽。除了結構型導電聚合物外，其他的導電聚合物都是通過往聚合物中添加導電填料來制備導電材料。其中，主要使用的填料是導電炭黑，往往需要添加大量的炭黑(質量分數30％-50％)，但是過高的炭黑含量會影響材料的機械性能。石墨烯是一種具有二維結構的碳質納米新材料，石墨烯中，相鄰碳原子以共價鍵結合，每個碳原子p軌道上的電子能夠在大π鍵中自由移動，因此具有優異的導電性能，其電導率能高達106s/cm，以石墨烯作為填料可大大改善聚合物的導電性能。

但是，由于石墨烯的比表面積非常大，片層之間的范德華力使得其極容易團聚。因此，在聚合物中添加石墨烯，因石墨烯與聚合物間的界面作用差，往往極易發生團聚現象，使得石墨烯很難在聚合物中分散開來。通過對石墨烯化學改性能有效提高石墨烯在聚合物中的分散性，但是這樣卻破壞了石墨烯完整的共軛結構，導致石墨烯性能下降，從而影響了石墨烯的實際應用。

黑磷是一種類似于石墨的波形層狀結構晶體，其原子層間通過范德華力結合，易于被剝離成單層或少層的納米薄片。在單原子層中，每個磷原子與相鄰的3個磷原子形成具有共價鍵的褶狀蜂窩結構，黑磷烯是天然的p型半導體，價帶電子躍遷至導帶時，為豎直躍遷，電子波矢不變，因此其具有直接帶隙，且無論剝到多少層皆是直接帶隙，帶隙可由層數在0.3eV～1.5eV范圍調控,并且其具有明顯的各向異性，在X方向上的彈性模量較小，且晶體電子的有效質量僅為0.1～0.2m₀，這決定了黑磷烯具有較高的電子遷移率，單層黑磷烯電子遷移率可達10000cm²/(V·s)。但是關于黑磷烯在半導體復合材料領域的應用較少。

發明內容

為克服現有技術的缺點和不足，本發明的目的旨在提供一種基于黑磷烯的半導體復合材料。

本發明的另一目的在于提高所述的基于黑磷烯的半導體復合材料的制備方法。

本發明的再一目的在于提高所述的基于黑磷烯的半導體復合材料在照相器材、光學儀器、IC產品、半導體產品、光電產品領域的應用。

一種基于黑磷烯的半導體復合材料，按重量份計，其原料組分如下：黑磷烯-聚苯胺復合物10～20份，成膜基底50～60份，填料0～15份，交聯劑1～5份，有機溶劑200～250份。

所述的成膜基底為乙烯-醋酸乙烯共聚物、聚偏氟乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚氯乙烯中的至少一種。

所述的填料為高嶺土、膨潤土、滑石粉、云母粉中的至少一種。

所述的交聯劑為過氧化二異丙苯、過氧化苯甲酰、1,4-雙叔丁基過氧異丙基苯、叔丁基過氧化碳酸脂、叔丁基異丙苯基過氧化物、過氧化異氯丙苯中的至少一種。

所述的有機溶劑為石油醚、甲苯、二甲苯、三甲苯、D40溶劑中的至少一種。D40溶劑油是以餾份油為原料，經過130kPa高壓加氫精制后分餾而成，可在市面上購得。