石墨烯復(fù)合物及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種石墨烯復(fù)合物及其制備方法（Graphene composite and method for preparing the same),更詳細(xì)地講，涉及利用由石墨烯、陽離子性高分子（Polymer)、 以及陰離子兩親性表面活性劑組成的復(fù)合物而能夠提高石墨烯的分散性和導(dǎo)電性的石墨 烯復(fù)合物及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 石墨烯（graphene)是碳原子連接成六邊形蜂窩狀而具有二維片（sheet)狀 的碳晶，多個(gè)板（plate)狀石墨烯層疊而形成石墨（graphite)。因此，若使石墨剝離 (exfoliation),則能夠得到由單層或多層構(gòu)成的板（plate)狀石墨烯。石墨烯是同時(shí)具有 金屬的性質(zhì)和非金屬的性質(zhì)的物質(zhì)，作為金屬的性質(zhì)具有優(yōu)良的導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性，作為非 金屬的性質(zhì)具有高的熱穩(wěn)定性和化學(xué)惰性。石墨烯能夠適用于電氣元件、電池、燃料電池、 以及耐火材料等多個(gè)用途。
[0003] 石墨烯通常是以利用氧化劑和層間插入劑使鱗狀石墨或天然石墨氧化膨脹而剝 離的自頂向下（top down)方式制備，在石墨烯的邊緣（edge)和面上存在環(huán)氧（epoxy)基、 輕（hydroxyl)基、羰（carbonyl)基、或羧酸（carboxylic acid)基等包含多個(gè)氧（0)原子 的官能團(tuán)（functional group),這種各氧官能團(tuán)雖然使氧化石墨烯（graphene oxide :G0) 在包括水在內(nèi)的各種極性有機(jī)溶劑中容易分散，但在非極性溶劑中并不分散，且由于使石 墨烯所固有的高電導(dǎo)率降低而具有絕緣體的性質(zhì)，因此，必須根據(jù)溶劑的極性變更在石墨 烯中所添加的添加劑和與石墨烯的官能團(tuán)聚合的高分子或單體的種類及含量。而且，由于 能夠使氧化石墨烯溶解和分散的溶劑極為有限，因此，在分散性方面只能存在問題，作為用 于解決這種問題的方法，能夠添加官能團(tuán)以使石墨烯在溶劑中分散而用作能夠進(jìn)行印刷的 電子材料用填充物（filler)，但在該情況下發(fā)生電導(dǎo)率降低的問題。而且，由于存在于石墨 烯的邊緣的官能團(tuán)其量多于存在于面的官能團(tuán)的量，因而還原時(shí)官能團(tuán)被解離而造成帶負(fù) 電荷的部分存在于石墨烯的邊緣，因此，還具有產(chǎn)生聚集物的缺點(diǎn)。
[0004] 另一方面，存在多個(gè)與被還原的石墨烯和陽離子高分子的結(jié)合相關(guān)的專利，韓國(guó) 專利公開2012-0091709號(hào)公開了一種結(jié)合了聚降冰片烯和石墨烯氧化物的復(fù)合材料，而 在使石墨烯氧化物的表面改性為胺化合物等所利用的原材料和制備方式、以及適用領(lǐng)域等 存在差異。美國(guó)專利公開2012-0261612號(hào)公開了基于用聚離子性液體改性的石墨烯的材 料的分散，所使用的離子性液體在結(jié)構(gòu)和物質(zhì)上與本發(fā)明存在差異，形成復(fù)合物的方式也 相異。日本專利公開2013-079176號(hào)公開了一種改性（modified)石墨烯、膜、以及成形體， 而在由包含了磺基的苯肼衍生物改性的石墨烯氧化物等原材料和制備方式以及使化合物 與石墨烯復(fù)合化的方式上與本發(fā)明存在差異。而且，美國(guó)專利公開2012-0328785號(hào)公開了 一種聚酰亞胺納米復(fù)合物及其制備方法，其在使用用Y -氨基丁酸改性的石墨烯氧化物等 原材料和制備方式上與本發(fā)明存在差異。（其他參考文獻(xiàn)：Chemical Engineering Science 85(2013 年）30 ~37p，Nature. Nanotechnology vol. 3(2008 年）101 ~105p，Langmuir article 2010 年，26 (23)，17943 ~17948p)

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 技術(shù)問題
[0006] 本發(fā)明的目的在于提供一種能夠提高石墨烯的導(dǎo)電性的石墨烯復(fù)合物及其制備 方法。
[0007] 本發(fā)明的另一目的在于提供一種在極性和非極性的廣泛的溶劑中能夠提高石墨 烯的分散性且能夠添加高含量的石墨烯的石墨烯復(fù)合物及其制備方法。
[0008] 本發(fā)明的其它目的在于提供一種防止在石墨烯產(chǎn)生聚集而能夠提高石墨烯的分 散性的石墨烯復(fù)合物及其制備方法。
[0009] 技術(shù)解決方法
[0010] 為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供一種石墨烯復(fù)合物，該石墨烯復(fù)合物，包含：陽離 子性高分子，通過至少包含一個(gè)以上氮（N)原子的同種或不同種的陽離子性單體之間的聚 合而生成，且至少包含1種以上的烷基胺；石墨烯，通過選自由氧化石墨烯、石墨、以及膨脹 的石墨組成的組中的碳化合物被還原或剝離而形成；以及，陰離子兩親性表面活性劑，具有 親水性和親油性這兩親性。
[0011] 而且，本發(fā)明提供一種石墨烯復(fù)合物的制備方法，該石墨烯復(fù)合物的制備方法包 括：(a)使至少包含一個(gè)以上氮原子的同種或不同種的陽離子性單體進(jìn)行聚合反應(yīng)而制備 至少包含1種以上烷基胺的陽離子性高分子的步驟；(b)使選自由氧化石墨烯、石墨、以及 膨脹的石墨組成的組中的碳化合物還原或剝離而制備石墨烯的步驟；（c)使上述陽離子性 高分子和石墨烯溶解于去離子水中并進(jìn)行攪拌而制備石墨烯-陽離子性高分子結(jié)合體的 步驟；以及，（d)在上述石墨烯-陽離子性高分子結(jié)合體中添加陰離子兩親性表面活性劑之 后，進(jìn)行攪拌和干燥的步驟。
[0012] 有利效果
[0013] 根據(jù)本發(fā)明的石墨烯復(fù)合物及其制備方法，不同于具有疏水性（hydrophobic)的 性質(zhì)的純石墨烯（graphene)并不溶于大部分溶劑中，而是在石墨烯附帶官能團(tuán)以使溶解 度變化，從而僅憑排除了用于提高分散性的石墨烯的功能化工序的、簡(jiǎn)單的工序也能夠?qū)?石墨、氧化石墨烯、以及膨脹石墨等制備成高純度的石墨烯，并能夠使高純度的石墨烯分離 分散而提高電學(xué)特性。即、對(duì)于膨脹石墨（graphite)或石墨烯使用陽離子性高分子和陰離 子兩親性表面活性劑，從而利用電學(xué)引力和相互作用（interaction)而高度分離，且 能夠制備在多種極性的溶劑中容易分散的石墨烯復(fù)合物，由此，具有能夠提高石墨烯的導(dǎo) 電性和分散性的優(yōu)點(diǎn)。而且，還能夠防止在石墨烯發(fā)生聚集。
【附圖說明】
[0014]圖1是用于說明根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例的石墨烯復(fù)合物的制備方法的流程圖。
[0015]圖2是示意性地表示了根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例的石墨烯復(fù)合物被制備的樣態(tài)的 示意圖。
[0016] 圖3是對(duì)于適用了根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例的石墨烯復(fù)合物的油墨和在比較例所 制備的油墨的導(dǎo)電性進(jìn)