一種石墨烯和導(dǎo)電聚合物復(fù)合材料及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)一種石墨烯和導(dǎo)電聚合物復(fù)合材料，該復(fù)合材料包括基體，在基體表面上依次具有石墨烯層和導(dǎo)電聚合物層，或者在基體表面上依次具有導(dǎo)電聚合物層和石墨烯層。通過(guò)先向基體表面轉(zhuǎn)移石墨烯，然后在石墨烯上涂覆導(dǎo)電聚合物；或者，先向基體表面涂覆導(dǎo)電聚合物，然后在導(dǎo)電聚合物上轉(zhuǎn)移石墨烯，烘烤，得到所述石墨烯和導(dǎo)電聚合物復(fù)合材料。本發(fā)明的復(fù)合材料制備過(guò)程簡(jiǎn)單，該復(fù)合材料能顯著降低石墨烯轉(zhuǎn)移后的方阻，且穩(wěn)定性好，即使長(zhǎng)時(shí)間放置，石墨烯方阻的衰減也非常小，放置30天的方阻衰減率在10%以內(nèi)。
【專利說(shuō)明】一種石墨烯和導(dǎo)電聚合物復(fù)合材料及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于石墨烯材料領(lǐng)域，具體一種石墨烯和導(dǎo)電聚合物復(fù)合材料及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]石墨烯是碳原子按六角結(jié)構(gòu)緊密堆積成的單原子層二維晶體，除了具有優(yōu)異的光學(xué)、熱學(xué)、力學(xué)等特性，石墨烯的載流子表現(xiàn)出類似于光子的行為，本征遷移率可達(dá)到2X IO5 cm2/(V.S) (J.Appl.Phys.2011, 109, 093702.)。自從發(fā)現(xiàn)石墨烯以來(lái)，由于其優(yōu)異的機(jī)械、電子和熱穩(wěn)定性能，石墨烯在電子器件、電極、電容器、傳感器及復(fù)合材料方面應(yīng)用受到人們廣泛重視，成為當(dāng)前國(guó)際熱門研究領(lǐng)域。為了實(shí)現(xiàn)其潛在應(yīng)用，首要任務(wù)是如何解決化學(xué)氣相沉積法生長(zhǎng)的石墨烯轉(zhuǎn)移中出現(xiàn)的缺陷，以避免影響石墨烯的應(yīng)用。
[0003]目前解決石墨烯轉(zhuǎn)移中出現(xiàn)的缺陷常見(jiàn)方法，有兩種，一種是通過(guò)多次轉(zhuǎn)移的方法解決轉(zhuǎn)移一次石墨烯帶來(lái)缺陷，通過(guò)對(duì)石墨烯進(jìn)行摻雜降低轉(zhuǎn)移后石墨烯方阻較高的缺陷，這種方法雖然能大幅度的降低石墨烯的方阻，但是摻雜效果不穩(wěn)定，如高溫，UV光照射，或摻雜時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，摻雜劑可能會(huì)發(fā)生團(tuán)聚，分解，或與空氣中的氧，水蒸汽等反應(yīng)等而使方阻快速衰減。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)中的上述缺陷，提供一種石墨烯和導(dǎo)電聚合物復(fù)合材料，以避免石墨烯方阻的快速衰減。
[0005]本發(fā)明實(shí)現(xiàn)上述目的所采用的技術(shù)方案如下:
一種石墨烯和導(dǎo)電聚合物復(fù)合材料，包括基體，其特點(diǎn)在于，在基體表面上依次具有石墨烯層和導(dǎo)電聚合物層，或者在基體表面上依次具有導(dǎo)電聚合物層和石墨烯層。
[0006]進(jìn)一步，所述導(dǎo)電聚合物為聚3，4-乙撐二氧噻吩-聚苯乙烯磺酸(PED0T-PSS)、聚3，4-乙撐二氧噻吩-聚苯乙烯磺酸鹽、聚3，4-乙撐二氧噻吩(PED0T)、聚苯乙烯磺酸(PSS)、聚苯乙烯磺酸鹽、聚苯胺(PAIN)、聚吡咯(PPy)、聚噻吩(PTh)、聚乙炔(PAC)或聚對(duì)苯撐乙炔(PPV)。
[0007]進(jìn)一步，所述基體為柔性基體或硬質(zhì)基體。所述柔性基體包括聚苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚碳酸酯(PC)、聚氯乙烯(PVC)、聚乙烯(PE)、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)、聚丙烯酸酯或玻璃樹(shù)脂。所述硬質(zhì)基體包括硅片、石英、玻璃等。
[0008]所述石墨烯和導(dǎo)電聚合物復(fù)合材料的制備方法，包括:
向基體表面轉(zhuǎn)移石墨烯，然后在石墨烯上涂覆導(dǎo)電聚合物，烘烤，得到所述石墨烯和導(dǎo)電聚合物復(fù)合材料；
或者，向基體表面涂覆導(dǎo)電聚合物，然后在導(dǎo)電聚合物上轉(zhuǎn)移石墨烯，烘烤，得到所述石墨烯和導(dǎo)電聚合物復(fù)合材料。
[0009]進(jìn)一步，所述烘烤溫度為50_300°C，時(shí)間0.l_180min。[0010]進(jìn)一步，轉(zhuǎn)移石墨烯的方法采用聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)轉(zhuǎn)移法、聚二甲基硅氧烷(PDMS)轉(zhuǎn)移法、靜電膜法或熱釋放膠帶法。這幾種轉(zhuǎn)移方法是本領(lǐng)域常用的石墨烯轉(zhuǎn)移方法，在“石墨烯的化學(xué)氣相沉積法制備”，任文才等，新型炭材料，2011年2月，第26卷第I期，第71-80頁(yè)，對(duì)石墨烯的各種生長(zhǎng)方法及轉(zhuǎn)移方法做了詳細(xì)說(shuō)明，在此不多述。
[0011]本發(fā)明的復(fù)合材料制備過(guò)程簡(jiǎn)單，該復(fù)合材料能顯著降低石墨烯轉(zhuǎn)移后的方阻，且穩(wěn)定性好，即使長(zhǎng)時(shí)間放置，石墨烯方阻的衰減也非常小，放置30天的方阻衰減率在10%以內(nèi)。
【具體實(shí)施方式】
[0012]以下結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說(shuō)明。
[0013]實(shí)施例1
(1)采用常規(guī)氣相沉積法在銅箔表面生長(zhǎng)連續(xù)的石墨烯薄膜，然后將長(zhǎng)有石墨烯的銅箔展平；
(2)再將PDMS膜貼在石墨烯表面，置入過(guò)硫酸銨溶液(濃度為58.6g/L)中，每隔10分鐘取出用乙醇和去離子水交替清洗，直至襯底銅箔完全腐蝕掉后，再放入去離子水中洗去石墨烯表面吸附的雜質(zhì)離子，取出，氮?dú)鈽尨等ナ┍砻娴娜ルx子水，90°C烘烤5min，將PDMS膜具有石墨烯的一面貼在目標(biāo)基體聚苯二甲酸乙二醇酯(PET)上，90°C烘烤15 min后，除去PDMS膜，得到PET/石墨烯，用3M膠帶撕扯I次有剝落，方阻900 Ω/Sq，透光率88.8%,霧度 1.0% ；
(3)在步驟(2)所得的PET/石墨烯上旋凃聚3，4-乙撐二氧噻吩-聚苯乙烯磺酸的水溶液(濃度10mg/L)，旋涂速度:2500轉(zhuǎn)/分鐘，時(shí)間40 S。然后在100°C下烘烤2小時(shí)，得到PET/石墨烯/聚3，4-乙撐二氧噻吩-聚苯乙烯磺酸復(fù)合材料。用3M膠帶撕扯3次無(wú)影響，方阻100 0/叫，透光率為86.8%，霧度1.5 %，室內(nèi)環(huán)境放置30天后，方阻為103 Ω/sq，透光率為86.5%，霧度1.5%。
[0014]實(shí)施例2
(1)玻璃表面先經(jīng)401(!12射頻電源產(chǎn)生的氧氣等離子在5Pa壓強(qiáng)下處理lmin，然后在玻璃表面刮涂一層聚苯胺的四氫呋喃溶液(濃度100mg/L)，于200°C烘烤I小時(shí)，得到玻璃
/聚苯胺；
(2)采用常規(guī)氣相沉積法在銅箔表面生長(zhǎng)連續(xù)的石墨烯薄膜，然后將長(zhǎng)有石墨烯的銅箔展平；
(3)在銅箔生長(zhǎng)有石墨烯的一面旋涂一層PMMA，然后置入過(guò)硫酸銨溶液(濃度為58.6g/L)中，每隔10分鐘取出用乙醇和去離子水交替清洗，直至襯底銅箔完全腐蝕掉后，再放入去離子水中洗去石墨烯表面吸附的雜質(zhì)離子，得到PMMA/石墨烯；
(4)將PMMA/石墨烯的石墨烯一面與玻璃/聚苯胺的聚苯胺的一面貼合在一起，在120°C下烘烤10分鐘，再置入丙酮中除去PMMA，接著在乙醇和去離子水中清洗樣品，再于120°C烘烤I小時(shí)，得到玻璃/聚苯胺/石墨烯復(fù)合材料，用3M膠帶撕扯3次無(wú)影響，方阻150Q/sq，透光率為87.5%，霧度1.15 %，室內(nèi)環(huán)境放置30天后，方阻為158 Ω/sq，透光率為 87.3%，霧度 1.15%。
【權(quán)利要求】
1.一種石墨烯和導(dǎo)電聚合物復(fù)合材料，包括基體，其特征在于，在基體表面上依次具有石墨烯層和導(dǎo)電聚合物層，或者在基體表面上依次具有導(dǎo)電聚合物層和石墨烯層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述石墨烯和導(dǎo)電聚合物復(fù)合材料，其特征在于，所述導(dǎo)電聚合物為聚3，4-乙撐二氧噻吩-聚苯乙烯磺酸、聚3，4-乙撐二氧噻吩-聚苯乙烯磺酸鹽、聚3，4-乙撐二氧噻吩、聚苯乙烯磺酸、聚苯乙烯磺酸鹽、聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩、聚乙炔或聚對(duì)苯撐乙炔。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述石墨烯和導(dǎo)電聚合物復(fù)合材料，其特征在于，所述基體為柔性基體或硬質(zhì)基體。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述石墨烯和導(dǎo)電聚合物復(fù)合材料，其特征在于，所述柔性基體為聚苯二甲酸乙二醇酯、聚碳酸酯、聚氯乙烯、聚乙烯、聚萘二甲酸乙二醇酯、聚丙烯酸酯或玻璃樹(shù)脂。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述石墨烯和導(dǎo)電聚合物復(fù)合材料，其特征在于，所述硬質(zhì)基體為硅片、石英或玻璃。
6.權(quán)利要求1所述石墨烯和導(dǎo)電聚合物復(fù)合材料的制備方法，包括: 向基體表面轉(zhuǎn)移石墨烯，然后在石墨烯上涂覆導(dǎo)電聚合物，烘烤，得到所述石墨烯和導(dǎo)電聚合物復(fù)合材料； 或者，向基體表面涂覆導(dǎo)電聚合物，然后在導(dǎo)電聚合物上轉(zhuǎn)移石墨烯，烘烤，得到所述石墨烯和導(dǎo)電聚合物復(fù)合材料。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述石墨烯和導(dǎo)電聚合物復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，所述烘烤溫度為50-300°C，時(shí)間0.l-180min。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述石墨烯和導(dǎo)電聚合物復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，轉(zhuǎn)移石墨烯的方法采用聚甲基丙烯酸甲酯轉(zhuǎn)移法、聚二甲基硅氧烷轉(zhuǎn)移法、靜電膜法或熱釋放膠帶法。
【文檔編號(hào)】C03C17/28GK103963403SQ201410170163
【公開(kāi)日】2014年8月6日 申請(qǐng)日期:2014年4月25日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月25日
【發(fā)明者】邱玉銳 申請(qǐng)人:無(wú)錫格菲電子薄膜科技有限公司