專利名稱：石墨烯/導電高分子復合膜及其制備方法
技術領域：
本發(fā)明涉及復合膜材料的制備，特別是一種石墨烯/導電高分子復合膜及其制備 方法。
背景技術：
石墨烯是2004年發(fā)現(xiàn)的一類由一層碳原子組成的新型二維納米碳材料，是目前 世界上最薄的二維材料，它是構建其他維數(shù)碳材料(如零維富勒烯、一維碳納米管、三維石 墨)的基本單元。研究發(fā)現(xiàn)，石墨烯具有優(yōu)良的電學性能，其室溫電子遷移率達到10000cm2/ Vs;具有優(yōu)異的力學性能，其拉伸強度與楊氏模量分別為130GPa和lTPa;其熱導率可達 5000W/mK。這種新材料有望在微電子、機械與醫(yī)學等領域掀起一場新的革命。以天然石墨為 原料，通過化學方法實現(xiàn)石墨烯的大批量生產(chǎn)，價格便宜。經(jīng)過功能化后的單層石墨在水及 有機溶劑中具有良好的溶解性，有利于其均勻分散及成型加工；而且采用化學還原或焙燒， 可以全部或部分消除石墨烯的官能團或缺陷，恢復石墨烯的結構與性能。導電高分子具有特殊的共扼結構和優(yōu)異的物理化學性能使它在生物傳感器、電磁 屏蔽、金屬防腐和隱身技術上有著廣泛、誘人的應用前景。在各種導電高分子中，聚苯胺及 其衍生物具有易成膜，而且膜的穩(wěn)定性好、易于化學或電化學合成等特點，是導電高分子領 域中研究較多的體系之一。利用復合方法，將另一具有優(yōu)良性質的組分加入導電高分子中， 提高導電高分子的應用范圍。但是導電高分子一般都不溶不熔，限制了其應用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的問題是針對上述現(xiàn)有不足而提出的石墨烯/導電高分子復合 膜及其制備方法，該方法成本低、操作簡單。本發(fā)明為解決上述提出的問題所采用解決方案為石墨烯/導電高分子復合膜， 其特征在于包括可由下述反應得到的產(chǎn)物1)利用石墨，通過化學氧化方法制備氧化石墨；2)在含有l(wèi)-5mmol單體的酸性溶液中，加入l-5mmol的過硫酸銨為氧化劑，制得導 電高分子；3)將步驟1)和步驟2)得到的氧化石墨與導電高分子按照質量比1-100 1-100， 在N-甲基吡咯烷酮中超聲分散30-90分鐘，再向其中加入還原劑，攪拌24-48小時；4)將步驟3)所得溶液涂覆在基板表面成膜，洗滌，干燥；5)重復步驟4)，直到達到所需厚度。按上述方案，所述的酸性溶液為稀鹽酸、稀硫酸或稀醋酸；按上述方案，所述的單體為苯胺、2，5_ 二甲氧基苯胺或鄰甲氧基苯胺。按上述方案，所述的導電高分子為聚苯胺、聚-2，5- 二甲氧基苯胺或聚鄰甲氧基 苯胺。按上述方案，所述的還原劑為水合胼、胼或二甲胼。
石墨烯/導電高分子復合膜的制備方法，其特征在于包括有以下步驟1)利用石墨，通過化學氧化方法制備氧化石墨；2)在含有l(wèi)-5mmol單體的酸性溶液中，加入l-5mmol的過硫酸銨為氧化劑，制得導 電高分子；3)將步驟1)和步驟2)得到的氧化石墨與導電高分子按照質量比1-100 1-100， 在N-甲基吡咯烷酮中超聲分散30-90分鐘，再向其中加入還原劑，攪拌24-48小時；4)將步驟3)所得溶液涂覆在基板表面成膜，洗滌，干燥；5)重復步驟4)，直到達到所需厚度。按上述方案，所述的酸性溶液為稀鹽酸、稀硫酸或稀醋酸；按上述方案，所述的單體為苯胺、2，5_ 二甲氧基苯胺或鄰甲氧基苯胺。按上述方案，所述的導電高分子為聚苯胺、聚-2，5- 二甲氧基苯胺或聚鄰甲氧基 苯胺。按上述方案，所述的涂覆方法為浸漬-提拉、旋涂或噴涂。本發(fā)明的反應機理是先氧化聚合得到導電高分子，再將導電高分子與氧化石墨在 有機溶劑中共混分散，利用還原劑制備石墨烯/導電高分子復合材料，最后采用不同的涂 覆方法得到石墨烯/導電高分子復合膜。與現(xiàn)有技術相比較，本發(fā)明已達到的技術效果1)石墨烯具有良好的導電 性，所形成的石墨烯/導電高分子復合膜具有良好的導電、抗靜電性能，電導率為 lX10_3-lX102S/cm;2)石墨烯與導電高分子的共扼結構，導致二者具有很高的相容性；3) 復合膜厚度可控，其膜厚為lOnm-lOOym導電薄膜；4)制備方法條件簡單，容易操作，石墨 烯/導電高分子復合膜具有有機溶劑可溶性，因此可用通用的溶液方法來制膜，具有極大 的方便性。
具體實施例方式為了更好的理解本發(fā)明，下面結合實施例進一步闡明本發(fā)明的內(nèi)容，但本發(fā)明的 內(nèi)容不僅僅局限于下面的實施例。實施例1 1)按照文獻報道的方法制備氧化石墨(Composites Science and Technology, 2009,69,1231)；2)在含有l(wèi)mmol苯胺的稀鹽酸溶液中，加入lmmol的過硫酸銨為氧化劑，制備聚苯 胺；3)將步驟1)和2)得到的氧化石墨與聚苯胺按照質量比10 90，在N-甲基吡咯 烷酮中超聲分散60分鐘，向其中加入0. 2g的水合胼，攪拌24小時；4)將上述溶液滴加到以3000轉/分鐘旋轉的基板上，旋涂30秒后，洗滌，干燥；5)重復4)步驟，循環(huán)100次，得到石墨烯/聚苯胺復合膜，膜厚約為lym，復合膜 的電導率為2Xl(T2S/cm。實施例2 1)按照文獻報道的方法制備氧化石墨(Composites Science and Technology, 2009,69,1231)；
2)在含有2mmol鄰甲氧基苯胺的稀硫酸溶液中，加入2mmol的過硫酸銨為氧化劑， 制備聚鄰甲氧基苯胺；3)將步驟1)和2)得到的氧化石墨與聚鄰甲氧基苯胺按照質量比30 70，在 N-甲基吡咯烷酮中超聲分散60分鐘，向其中加入0. 4g的胼，攪拌36小時；4)將基板浸漬到上述溶液中，5秒后拉出，洗滌，干燥；5)重復4)步驟，循環(huán)5次后得到石墨烯/聚鄰甲氧基苯胺復合膜，膜厚約為 100 ym，復合膜的電導率為AXlcTS/cm。實施例3 1)按照文獻報道的方法制備氧化石墨(Composites Science and Technology, 2009,69,1231)；2)在含有5mmol2，5- 二甲氧基苯胺的稀醋酸溶液中，加入5mmol的過硫酸銨為氧 化劑，制備聚_2，5- 二甲氧基苯胺；3)將步驟1)和2)得到的氧化石墨與聚2，5_ 二甲氧基苯胺按照質量比50 50， 在N-甲基吡咯烷酮中超聲分散90分鐘，向其中加入0. 2g的二甲胼，攪拌48小時；4)將上述溶液滴加到以3000轉/分鐘旋轉的基板上，旋涂30秒后，洗滌，干燥；5)重復4)步驟，循環(huán)500次，得到石墨烯/聚-2，5-二甲氧基苯胺復合膜，膜厚約 為6 iim，復合膜的電導率為7X104/011。實施例4 1)按照文獻報道的方法制備氧化石墨(Composites Science and Technology, 2009,69,1231)；2)在含有4mmol苯胺的稀硫酸溶液中，加入4mmol的過硫酸銨為氧化劑，制備聚苯 胺；3)將步驟1)和2)得到的氧化石墨與聚苯胺按照質量比60 40，在N-甲基吡咯 烷酮中超聲分散30分鐘，向其中加入0. 4g的水合胼，攪拌36小時；4)將基板浸漬到上述溶液中，10秒后拉出，洗滌，干燥；5)重復4)步驟，循環(huán)3次后得到石墨烯/聚苯胺復合膜，膜厚約為20 ym，復合膜 的電導率為SXlC^S/cm。實施例5 1)按照文獻報道的方法制備氧化石墨(Composites Science and Technology, 2009,69,1231)；2)在含有2mmol苯胺的稀鹽酸溶液中，加入2mmol的過硫酸銨為氧化劑，制備聚苯 胺；3)將步驟1)和2)得到的氧化石墨與聚苯胺按照質量比10 90，在N-甲基吡咯 烷酮中超聲分散90分鐘，向其中加入0. 2g的水合胼，攪拌24小時；4)將上述溶液滴加到以3000轉/分鐘旋轉的基板上，旋涂30秒后，洗滌，干燥，得 到石墨烯/聚苯胺復合膜，膜厚約為lOnm，復合膜的電導率為5X10_2S/cm。實施例6 1)按照文獻報道的方法制備氧化石墨(Composites Science and Technology, 2009,69,1231)；
2)在含有3mmol2，5- 二甲氧基苯胺的稀硫酸溶液中，加入5mmol的過硫酸銨為氧 化劑，制備聚_2，5- 二甲氧基苯胺；3)將步驟1)和2)得到的氧化石墨與聚2，5_ 二甲氧基苯胺按照質量比80 20， 在N-甲基吡咯烷酮中超聲分散90分鐘，向其中加入0. 2g的水合胼，攪拌48小時；4)將上述溶液滴加到以3000轉/分鐘旋轉的基板上，旋涂30秒后，洗滌，干燥；5)重復4)步驟，循環(huán)50次，得到石墨烯/聚-2，5-二甲氧基苯胺復合膜，膜厚約 為600nm，復合膜的電導率為3X104/011。本發(fā)明所列舉的各原料都能實現(xiàn)本發(fā)明，以及各原料的上下限取值、區(qū)間值都能 實現(xiàn)本發(fā)明；在此不一一列舉實施例。本發(fā)明的工藝參數(shù)(如溫度、時間等)的上下限取 值、區(qū)間值都能實現(xiàn)本發(fā)明，在此不一一列舉實施例。
權利要求
石墨烯/導電高分子復合膜，其特征在于包括可由下述反應得到的產(chǎn)物1)利用石墨，通過化學氧化方法制備氧化石墨；2)在含有1-5mmol單體的酸性溶液中，加入1-5mmol的過硫酸銨為氧化劑，制得導電高分子；3)將步驟1)和步驟2)得到的氧化石墨與導電高分子按照質量比1-100∶1-100，在N-甲基吡咯烷酮中超聲分散30-90分鐘，再向其中加入還原劑，攪拌24-48小時；4)將步驟3)所得溶液涂覆在基板表面成膜，洗滌，干燥；5)重復步驟4)，直到達到所需厚度。
2.按權利要求1所述的石墨烯/導電高分子復合膜，其特征在于所述的酸性溶液為稀 鹽酸、稀硫酸或稀醋酸。
3.按權利要求1或2所述的石墨烯/導電高分子復合膜，其特征在于所述的單體為苯 胺、2，5_ 二甲氧基苯胺或鄰甲氧基苯胺。
4.按權利要求1或2所述的石墨烯/導電高分子復合膜，其特征在于所述的導電高分 子為聚苯胺、聚-2，5-二甲氧基苯胺或聚鄰甲氧基苯胺。
5.按權利要求1或2所述的石墨烯/導電高分子復合膜，其特征在于所述的還原劑為 水合胼、胼或二甲胼。
6.權利要求1所述的石墨烯/導電高分子復合膜的制備方法，其特征在于包括有以下 步驟1)利用石墨，通過化學氧化方法制備氧化石墨；2)在含有l(wèi)-5mmol單體的酸性溶液中，加入l-5mmol的過硫酸銨為氧化劑，制得導電高 分子；3)將步驟1)和步驟2)得到的氧化石墨與導電高分子按照質量比1-100 1-100，在 N-甲基吡咯烷酮中超聲分散30-90分鐘，再向其中加入還原劑，攪拌24-48小時；4)將步驟3)所得溶液涂覆在基板表面成膜，洗滌，干燥；5)重復步驟4)，直到達到所需厚度。
7.按權利要求6所述的石墨烯/導電高分子復合膜的制備方法，其特征在于所述的酸 性溶液為稀鹽酸、稀硫酸或稀醋酸。
8.按權利要求6或7所述的石墨烯/導電高分子復合膜的制備方法，其特征在于所述 的單體為苯胺、2，5_ 二甲氧基苯胺或鄰甲氧基苯胺。
9.按權利要求6或7所述的石墨烯/導電高分子復合膜的制備方法，其特征在于所述 的導電高分子為聚苯胺、聚-2，5-二甲氧基苯胺或聚鄰甲氧基苯胺。
10.按權利要求6或7所述的石墨烯/導電高分子復合膜的制備方法，其特征在于所述 的涂覆方法為浸漬_提拉、旋涂或噴涂。
全文摘要
本發(fā)明涉及石墨烯/導電高分子復合膜及其制備方法，包括可由下述反應得到的產(chǎn)物1)利用石墨，通過化學氧化方法制備氧化石墨；2)在含有單體的酸性溶液中，加入過硫酸銨氧化劑，制得導電高分子；3)將氧化石墨與導電高分子，在N-甲基吡咯烷酮中超聲分散，再向其中加入還原劑，攪拌；4)將步驟3)所得溶液涂覆在基板表面成膜，洗滌，干燥；5)重復步驟4)，直到達到所需厚度。本發(fā)明已達到的技術效果1)所形成的石墨烯/導電高分子復合膜具有良好的導電、抗靜電性能，電導率為1×10-3-1×102S/cm；2)石墨烯與導電高分子的共扼結構，導致二者具有很高的相容性；3)復合膜厚度可控；4)制備方法條件簡單，容易操作。
文檔編號C08L79/02GK101798462SQ201010134300
公開日2010年8月11日 申請日期2010年3月26日 優(yōu)先權日2010年3月26日
發(fā)明者喻湘華, 李亮, 潘杰, 鄢國平, 魏玉研 申請人:武漢工程大學