[發明專利]一種高介電常數石墨烯復合薄膜及制備方法

有效

• 申請號: 202011381489.3
• 申請日: 2020-11-30
• 公開（公告）號: CN112457618B
• 公開（公告）日: 2021-08-10
• 發明（設計）人: 楊智誠;呂建根;卓獻榮;楊永民;朱立學
• 申請（專利權）人: 仲愷農業工程學院
• 主分類號: C08L53/00
• 分類號: C08L53/00;C08L79/04;C08K9/10;C08K7/00;C08K3/04;C08J5/18;C08G73/06
• 代理公司: 北京高航知識產權代理有限公司 11530
• 代理人: 劉艷玲

本發明提供一種高介電常數石墨烯復合薄膜，屬于介電材料技術領域，包括彈性基體和分散在所述彈性基體中的石墨烯介電填料，所述彈性基體為聚苯乙烯?聚丙烯酸丁酯?聚苯乙烯三嵌段共聚物熱塑性彈性體，所述石墨烯介電填料為表面負載多孔聚多巴胺的氧化石墨烯納米片，其中，所述石墨烯介電填料與所述彈性基體的質量比例為(0.1?1.2)：100；本發明以同時具有硬段和軟段的聚苯乙烯?聚丙烯酸丁酯?聚苯乙烯三嵌段共聚物為彈性基體，兼顧了較高的介電常數和優良的彈性性能，且具有良好的熱塑性，成膜加工性好。

技術領域

本發明涉及介電材料技術領域，具體涉及一種高介電常數石墨烯復合薄膜及制備方法。

背景技術

介電彈性體(Dielectric elastomer，DE)是具有高介電常數的、在電場作用下可發生形變的智能軟材料，是一種電活性聚合物，可以將電能轉化為機械能，在過去的二十幾年中獲得了廣泛的關注，在DE薄膜的兩側涂覆柔性電極可以組成介電彈性體驅動器(Dielectric elastomer actuator，DEA)，當通過兩個電極施加電壓時，上下兩個電極間產生的靜電力壓縮薄膜，導致薄膜厚度變小，表現為薄膜平面的伸張，發生電致形變；DEA在微型柔性機器人、微型航空器、平面擴音器、假肢器官、柔性傳感器和綠色能量收集裝置等領域具有廣闊的應用前景。

一般來說，DE要求具有高的介電常數、擊穿強度以及低的彈性模量和驅動電壓。在提高介電常數方面，基于逾滲閾值理論，當導電填料的添加量接近逾滲閾值時，介電常數急劇增加，因此，摻雜一定的導電填料可以提高介電常數，但導電填料的導電性以及與彈性基體間的界面相容性使彈性體的介電損耗大幅增加，導致擊穿強度降低，影響安全性，因此，通過添加導電填料對介電常數的提升程度依然十分有限。

發明內容

針對上述問題，本發明提供一種高介電常數石墨烯復合薄膜及制備方法。

本發明的目的采用以下技術方案來實現：

一種高介電常數石墨烯復合薄膜，包括彈性基體和分散在所述彈性基體中的石墨烯介電填料，所述彈性基體為聚苯乙烯-聚丙烯酸丁酯-聚苯乙烯三嵌段共聚物熱塑性彈性體，所述石墨烯介電填料為表面負載多孔聚多巴胺的氧化石墨烯納米片，其中，所述石墨烯介電填料與所述彈性基體的質量比例為(0.1-1.2)：100。

優選的，所述石墨烯介電填料的制備方法包括以下步驟：

S1、稱取1g的非離子型表面活性劑溶于去離子水中，配制為濃度1g/L的溶液，得到溶液A；稱取0.32g的氧化石墨烯納米片，超聲分散在120ml的1mol/L的鹽酸溶液中，得到溶液B；將溶液B加入到溶液A中，再加入10ml的30％的過氧化氫溶液和2.5g的三羥甲基氨基甲烷，將混合溶液升溫至35-40℃，攪拌混合10-30min，得到溶液C；

S2、稱取0.38g的鹽酸多巴胺，加入到所述溶液C中，并充分溶解，繼續攪拌30-60min，得到溶液D；稱取3g的過硫酸銨配制為0.1mol/L的水溶液，并逐滴滴加到所述溶液D中，滴加速度5-6ml/min，滴加完畢后繼續攪拌10-20min，轉入聚四氟乙烯反應釜，在180-200℃下水熱6-12h，冷卻后濾出沉淀，分別以無水乙醇和去離子水洗滌，真空干燥。

進一步優選的，所述非離子型表面活性劑為PEO-PPO-PEO三嵌段共聚物。

進一步優選的，所述氧化石墨烯納米片的厚度為1～100nm，直徑為100～200nm。

進一步優選的，所述氧化石墨烯納米片由Hummers法制備，包括以下步驟：

S1、將石墨粉、硝酸鈉、濃硫酸和高錳酸鉀混合反應，再與水混合得到第一混合物；

S2、將所述第一混合物與雙氧水混合反應，過濾得到第一產物；

S3、將所述第一產物與鹽酸溶液混合洗滌，離心得到第二產物；