[發明專利]一種碳材料及其制備方法、應用

有效

• 申請號: 202010720716.4
• 申請日: 2020-07-24
• 公開（公告）號: CN111793247B
• 公開（公告）日: 2022-02-08
• 發明（設計）人: 孫福偉;孫清友
• 申請（專利權）人: 江蘇清大際光新材料有限公司
• 主分類號: C08K9/06
• 分類號: C08K9/06;C08K3/04;C08K9/10;C08K9/02;C08L23/12;C08L77/02;C08L23/08;C08K13/06
• 代理公司: 北京中知星原知識產權代理事務所(普通合伙) 11868
• 代理人: 艾變開

本申請公開了一種碳材料及其制備方法、應用。該碳材料包括復合碳材料，所述復合碳材料包括碳納米管和石墨烯；所述碳納米管的表面經硅烷偶聯劑Ⅰ接枝改性；所述石墨烯的表面經硅烷偶聯劑Ⅱ接枝改性；所述碳納米管和石墨烯通過所述硅烷偶聯劑Ⅰ和硅烷偶聯劑Ⅱ化學連接。該碳材料，將石墨烯及碳納米管分別經過硅烷偶聯劑接枝改性，然后化學結合，具有石墨烯與碳納米管緊密化學結合的微觀結構，因此能夠在聚合物中良好分散的同時，石墨烯與碳納米管亦能充分搭接，發揮兩者的協同作用，高效構建導電網絡。

技術領域

本申請涉及一種碳材料及其制備方法、應用，屬于改性材料技術領域。

背景技術

使用碳納米管及石墨烯提高聚合物材料電學性能是近年來聚合物復合材料研究的熱點之一。目前，利用碳納米管或石墨烯添加已經能夠使聚合物從絕緣體變為半導體，甚至導體，由此改變了傳統聚合物材料的應用前景。

使用碳納米管或石墨烯的復合材料導電性一般均符合滲流閾值理論，即：當碳納米管與石墨烯的加入量較少時，聚合物材料整體導電性不發生顯著變化，當碳納米管或石墨烯加入一定量之后，再加入極少量的碳納米管或石墨烯，復合材料的導電性都會提高數個數量級，呈現指數型關系。滲流閾值現象，與復合材料內部導電網絡的形成有關，在臨近滲流閾值之前，導電網絡尚未形成，導電通道較少，材料不表現導電性，在此基礎上只加入少量碳納米管或石墨烯，也會極大促進導電網絡的形成，進而使材料導電性呈指數型提高。

從工業化應用角度考慮，碳納米管及石墨烯的價格較高，大量添加必然導致材料成本的提高。而根據滲流閾值理論，聚合物材料導電性改善的關鍵在于在聚合物內部構建導電網絡。理論上，在材料內部構建更加高效的導電網絡，能夠實現碳納米管及石墨烯總體用量的減少，由此降低高導電性聚合物復合材料的整體成本。

在制備導電性復合材料過程中，單獨使用片層狀的石墨烯或單獨使用管狀的碳納米管都會因填料物理結構單一而難以實現聚合物內導電網絡結構的高效建立。將石墨烯與碳納米管并用能夠構建片層與管雜合的結構，現有技術中，普遍采用碳納米管與石墨烯簡單混合后與聚合物共混的方法來實現兩者的并用，該方法簡便易行，也能夠實現多元化結構的導電填料協同構建導電網絡，但是該方法也會因石墨烯及碳納米管在聚合物中分散不夠理想，且石墨烯與碳納米管間不存在任何結合作用，導致石墨烯與碳納米管在聚合物中各自聚集，沒有實現片層結構的石墨烯與管狀結構的碳納米管相互穿插結合，聚合物內導電網絡的構建效率依舊不夠理想。

發明內容

根據本申請的一個方面，提供了一種碳材料，將石墨烯及碳納米管分別經過硅烷偶聯劑接枝改性，然后化學結合，具有石墨烯與碳納米管緊密化學結合的微觀結構，因此能夠在聚合物中良好分散的同時，石墨烯與碳納米管亦能充分搭接，發揮兩者的協同作用，高效構建導電網絡。

一種碳材料，所述碳材料包括復合碳材料，所述復合碳材料包括碳納米管和石墨烯；

所述碳納米管的表面經硅烷偶聯劑Ⅰ接枝改性；

所述石墨烯的表面經硅烷偶聯劑Ⅱ接枝改性；

所述碳納米管和石墨烯通過所述硅烷偶聯劑Ⅰ和硅烷偶聯劑Ⅱ化學連接。

具體地，本申請提供的碳材料由改性碳納米管和改性石墨烯制備得到；所述改性碳納米管為經硅烷偶聯劑Ⅰ改性的碳納米管；所述改性石墨烯為經硅烷偶聯劑Ⅱ改性的石墨烯；所述改性碳納米管與所述改性石墨烯之間，通過所述硅烷偶聯劑Ⅰ和硅烷偶聯劑Ⅱ化學連接。

可選地，所述硅烷偶聯劑Ⅰ包括氨基硅烷偶聯劑中的任一種；

所述硅烷偶聯劑Ⅱ包括縮水甘油醚氧基硅烷偶聯劑中的任一種。