[發(fā)明專利]一種石墨烯/碳納米管/環(huán)氧樹脂三元復(fù)合導(dǎo)電涂層及其制備方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202210361003.2
• 申請日: 2022-04-07
• 公開（公告）號: CN114822913A
• 公開（公告）日: 2022-07-29
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李培旭;張丁;楊少丹;白笑怡;馬明星;郭晟;張屹;孫照翔;劉永康;張敏;張帥;楊若放
• 申請（專利權(quán)）人: 清華大學(xué)天津高端裝備研究院洛陽先進制造產(chǎn)業(yè)研發(fā)基地
• 主分類號: H01B1/22
• 分類號: H01B1/22;H01B5/14;H01B13/00
• 代理公司: 北京清大紫荊知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11718
• 代理人: 黃貞君;馮振華

一種石墨烯/碳納米管/環(huán)氧樹脂三元復(fù)合導(dǎo)電涂層及其制備方法，屬于石墨烯復(fù)合材料合成與應(yīng)用領(lǐng)域，石墨烯/碳納米管在環(huán)氧樹脂基體中均勻分散形成三元復(fù)合導(dǎo)電涂層，石墨烯和碳納米管形成微觀交聯(lián)結(jié)構(gòu)，該復(fù)合導(dǎo)電涂層中石墨烯和碳納米管的質(zhì)量含量可控，該三元復(fù)合涂層具有良好的力學(xué)性能、導(dǎo)電性能，具有優(yōu)異的電致熱性能。該石墨烯/碳納米管/環(huán)氧樹脂三元復(fù)合導(dǎo)電涂層采用有機混溶法、熱揮發(fā)逸出法和熱固化聚合法相結(jié)合的方式制備；該制備方法構(gòu)思巧妙，簡便易操作。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于碳納米復(fù)合材料合成與應(yīng)用領(lǐng)域，涉及一種石墨烯復(fù)合材料的 制備方法，特別涉及一種石墨烯/碳納米管/環(huán)氧樹脂三元復(fù)合導(dǎo)電涂層及其制 備方法。

背景技術(shù)

石墨烯和碳納米管作為典型的碳納米材料，自發(fā)現(xiàn)以來，因其具有獨特的 結(jié)構(gòu)和優(yōu)異的熱力學(xué)和電學(xué)等性能，引起了廣泛的關(guān)注。尤其石墨烯和碳納米 管在復(fù)合材料微光結(jié)構(gòu)調(diào)控方面的應(yīng)用，借助石墨烯和碳納米管構(gòu)建微觀微觀 導(dǎo)通網(wǎng)絡(luò)，將有助于發(fā)揮其優(yōu)異的電學(xué)性能，改善復(fù)合材料性能，助力碳納米 復(fù)合材料的應(yīng)用拓展。

桂許春等人研究了三維碳納米管宏觀體在強化復(fù)合材料方面的應(yīng)用潛力。 Raji等將石墨烯納米條帶添加到環(huán)氧樹脂中，復(fù)合材料的電導(dǎo)率得到一定提升。 Han等將定向石墨烯氣凝膠與環(huán)氧樹脂復(fù)合，構(gòu)建導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，提升了復(fù)合材料 導(dǎo)電性能。而石墨烯、碳納米管與環(huán)氧樹脂的三元復(fù)合材料尚未有充分的研究， 如何對三元復(fù)合材料的微觀結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化調(diào)控，充分發(fā)揮石墨烯和碳納米管的 性能優(yōu)勢，通過復(fù)合手段進一步優(yōu)化三元復(fù)合材料的導(dǎo)電性能，拓展其應(yīng)用領(lǐng) 域仍是研究的熱點。

發(fā)明內(nèi)容

為了進一步豐富石墨烯/碳納米管/環(huán)氧樹脂三元復(fù)合材料的體系，優(yōu)化三 元復(fù)合材料的導(dǎo)電性能和力學(xué)性能。本發(fā)明的目的在于提供一種石墨烯/碳納米 管/環(huán)氧樹脂三元復(fù)合導(dǎo)電涂層及其制備方法，通過該方法可控合成出具有微觀 連續(xù)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、力學(xué)性能好、電化學(xué)性能優(yōu)異的三元復(fù)合導(dǎo)電涂層材料。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：

本發(fā)明的第一方面提供一種石墨烯/碳納米管/環(huán)氧樹脂三元復(fù)合導(dǎo)電涂 層，由層片狀石墨烯和管狀碳納米管分散于環(huán)氧樹脂中形成三元復(fù)合導(dǎo)電涂 層，該三元復(fù)合導(dǎo)電涂層具有微觀連續(xù)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。

所述微觀連續(xù)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)包括所述層片狀石墨烯層片和管狀碳納米管。

優(yōu)選地，所述底片狀石墨烯的層片尺寸為1-3μm。

優(yōu)選地，管狀所述碳納米管的管徑為5-30nm。

本發(fā)明的第二方面還提供了所述石墨烯/碳納米管/環(huán)氧樹脂三元復(fù)合導(dǎo)電 涂層的制備方法，包括如下步驟：

提供層片狀石墨烯、管狀碳納米管；

提供可分散量的環(huán)氧樹脂；

所述層片狀石墨烯和管狀碳納米管分散于環(huán)氧樹脂中形成三元復(fù)合導(dǎo)電 涂層，該三元復(fù)合導(dǎo)電涂層具有微觀連續(xù)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。

優(yōu)選地，所述石墨烯/碳納米管/環(huán)氧樹脂三元復(fù)合導(dǎo)電涂層的制備方法包 括：

1)有機混溶步驟：設(shè)置混合容器，取一定質(zhì)量配比的石墨烯宏觀體粉材 和碳納米管宏觀粉材體置于丙酮中，超聲分散，得到石墨烯/碳納米管的丙酮分 散液；取一定質(zhì)量的環(huán)氧樹脂置于丙酮中，攪拌均勻，得到環(huán)氧樹脂的丙酮稀 釋液；將環(huán)氧樹脂的丙酮稀釋液轉(zhuǎn)移至石墨烯/碳納米管丙酮分散液中，充分攪 拌，實現(xiàn)均勻混溶；

2)熱揮發(fā)逸出步驟：將得到的混合液在一定溫度下加熱保溫，混合液中 的丙酮受熱揮發(fā)、逸出混合液，得到石墨烯/碳納米管/環(huán)氧樹脂三元混合液， 待用；