CN103183353A - 一种导电云母粉及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种导电云母粉及其制备方法。所述的导电云母粉由云母粉与石墨烯或者与石墨烯复合物复合而成，云母粉质量百分含量占70～99％，石墨烯或者石墨烯复合物质量百分含量占1～30％。所述石墨烯复合物为石墨烯与碳纳米管的复合物。所述的制备方法是将石墨烯或者石墨烯复合物在分散剂作用下通过超声处理形成均匀的分散液，再将该分散液滴加到云母粉悬浮液中，实现石墨烯或者石墨烯复合物对云母微晶片的吸附包覆，之后经过还原、过滤、洗涤、干燥等后处理得到导电云母粉。本发明制备的导电云母粉导电性能优良，且可通过控制石墨烯或者石墨烯复合物的添加量来控制导电云母粉体积电阻率的大小以及导电云母粉颜色的深浅。

Description

一种导电云母粉及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种导电云母粉及其制备方法，属于新材料领域。

背景技术

大多数的高分子材料具有优异的加工性和绝缘性，因而广泛用作电子仪器仪表的壳体以及航天飞机导弹的表面涂装材料。然而，具有高绝缘性的高分子材料，当其表面受到摩擦或撞击时，很容易产生和积累静电。当静电积累到一定程度就会产生静电放电，引起各种精密仪器、精密电子元器件被击穿而报废，甚至会引起易燃、易爆物起火或爆炸，造成巨大的恶性事故。

导静电涂料就是为了消除静电危害而发展起来的一种功能性涂料。由于其生产设备简单。施工方便、成本低廉等特点，导静电涂料在近年来得到了广泛的应用。导电填料是各种导静电涂料的关键材料。目前应用较多的导电填料主要有炭黑和金属粉末(银、铜、镍)。但是这些导电填料都因有缺陷而没有得到很广泛的应用。金属粉术要么价格昂贵，要么导电性能不稳定，容易氧化，或者比重较大，容易沉降，颜色较深。炭黑价格便宜，原料易得，比重较小，导电性好，但是颜色较深，不易调控，且很难分散。因此，近年来国内外致力于开发复合型导电填料。复合型导电填料就是以一种价廉、质轻的材料(如玻璃、云母、石墨等)作为基底或芯材，在其表面包复一层或几层化学稳定性好、耐腐蚀性强、电导率高的导电物质(如银、镍、铜、碳纳米管等)而得到的复合材料。根据Limei Y等(Limei Y，Lixin Z.PAINT& COATINGS INDUSTRY.1998；11.)的报导，导电云母具有以下的优点而受到重视：(1)比重小，不易于沉降；(2)云母呈片状，比表面积大，导电性好；(3)有珍珠光泽，可使涂层表面平滑美观；(4)颜色可调；(5)原料丰富、价格便宜；(6)制备方法简单多样，易于实现工业化。

自20世纪90年代以来，碳微纳米结构材料以其独特的结构和优异的性能引起了许多研究者的高度关注，碳纳米管就是其代表。近年来，石墨烯的问世又引起了全世界的研究热潮。它不仅是已知材料中最薄的一种(理论厚度仅有0.35nm)，还拥有很高的强度(110GPa)和良好的导热性[3000W/(m·K)]，化学稳定性也相当好；并且作为单质，它在室温下传递电子的速度比已知导体都快。因此，用石墨烯或者石墨烯与碳纳米管的复合物作为导电包覆材料，将其与云母复合，可望达到很好的导电效果，且由于添加量少，制备出的导电云母粉颜色较浅，还可根据需要进行调变。

发明内容

本发明的目的是通过简单的过程实现石墨烯或者石墨烯复合物与云母粉的均匀复合，获得性能优良的导电云母粉。

本发明目的通过如下过程实现：先制取氧化石墨烯或者氧化石墨烯复合物的分散液A以及云母粉悬浮液B，在强烈搅拌悬浮液B的情况下将分散液A滴加到悬浮液B中，实现石墨烯或者石墨烯复合物对云母微晶片的包覆，再经过还原、过滤、洗涤、干燥等后处理，获得导电云母粉。

本发明所使用的氧化石墨烯分散液通过如下步骤制备：以天然鳞片石墨为原料，以高锰酸钾和浓硫酸作为氧化剂，先后经过低温、中温和高温反应后，加入双氧水，再用适量的稀盐酸和去离子水离心洗涤，最后得到氧化石墨烯溶胶。取少量溶胶加入去离子水，超声后得到氧化石墨烯分散液。

本发明所使用的云母粉悬浮液通过如下步骤制备：在容器中加入一定量的去离子水和分散剂，强力搅拌，将计算量的云母粉缓慢加入，获得云母粉悬浮液。

本发明所使用的石墨烯复合物为石墨烯与碳纳米管的复合物，通过将一定量的碳纳米管分散在石墨烯分散液中获得，石墨烯与碳纳米管的质量含量比为90～50∶10～50。

本发明中包覆在云母微晶片表面的氧化石墨烯可通过如下方法还原：取一定量的氧化石墨烯包覆云母微晶片的悬浮液放入反应器中，加入适量还原剂进行还原，还原后可得到导电性良好的还原石墨烯，或者将氧化石墨烯包覆云母微晶片后获得的复合粉体放入管式炉中，在惰性气体保护下进行高温还原，通入一定量的氢气效果更好。

本发明中所使用的还原剂包括水合肼、盐酸羟胺、硼氢化钠、还原铁粉。

本发明中所使用的高温还原温度为900～1100℃，所使用的惰性气体首选高纯氩气。

本发明中所使用的云母粉为白云母粉，由云母微晶片组成。云母微晶片的径向尺寸3～15微米、厚度0.05～5微米。

本发明中所使用的分散剂为阳离子型表面活性剂，优选为十六烷基三甲基溴化铵。

本发明制备的导电云母粉的过程是把氧化石墨烯的还原和导电云母粉的制备融合为一个过程，相比起来省去了还原后的石墨烯的分散步骤。众所周知，还原后的石墨烯非常容易团聚，并且团聚后很难再分散开。分散还原后的石墨烯通常需要超声、球磨，这在工业化生产中存在难以放大的问题，同时还要消耗昂贵的表面活性剂。本发明直接利用了氧化石墨烯易于分散的优势，将其先与云母粉均匀复合，再将复合粉体还原。

与文献报道所制备的导电云母相比，本发明最大的特征在于使用了石墨烯或者石墨烯和碳纳米管的复合物作为导电材料，只通过简单地步骤就将其与云母粉复合，得到了导电云母粉，并且制备出的导电云母粉体积电阻率小，颜色较浅，制备过程简单易于操作，原料易得且价格低廉，有利于实现工业制备。

本发明方法还可用于制备石墨烯/钛白粉、石墨烯/炭黑、石墨烯/高分子微球等石墨烯复合粉体。

附图说明

图1(a)是实施例1中得到的导电云母粉的扫描电镜照片。由图可见石墨烯片层包裹在云母微晶片的表面上，部分石墨烯插入到了云母片之间的缝隙中。

图1(b)是实施例1中得到的导电云母粉的透射电镜照片。由图可见云母微晶片的边缘有很薄的石墨烯片层。

图2是实施例8中得到的导电云母粉的扫描电镜照片。由图可见石墨烯和碳纳米管的复合物包裹在云母微晶片的表面，形成导电网络。

具体实施方式

以下是本发明的实施例。

实施例1

称取4克白云母粉，加入200毫升去离子水和0.446克分散剂十六烷基三甲基溴化铵(即质量百分含量为10％)，搅拌均匀后备用。称取35.84克氧化石墨烯溶胶，其固含量为1.24％，加入50毫升去离子水，超声15分钟后得到氧化石墨烯分散液。将氧化石墨烯分散液以每秒一滴的速度，滴加入白云母的悬浮液中(反加效果相同)，滴加的过程中不断用磁子搅拌，之后将其移入反应器中，加入4.5克硼氢化钠还原，在100℃下回流8小时。回流结束后经过抽滤、洗涤和干燥，最后得到石墨烯包覆质量百分含量为10％的导电云母粉，并测得其体积电阻率为235.85Ω·cm。

实施例2、3、4、5见下表：

	实施例2	实施例3	实施例4	实施例5
					石墨烯添加量(wt％)	15％	17％	20％	30％
分散剂添加量(wt％)	10％	15％	20％	20％
					导电云母粉的体积电阻率(Ω·cm)	127.17	98.91	31.02	7.54

实施例6

称取0.128克石墨烯与0.128克碳纳米管，加入0.16克十六烷基三甲基溴化铵和100毫升去离子水，在50％功率下超声30分钟配成石墨烯复合物分散液，备用。称取4克白云母粉，加入200毫升去离子水和0.7克十六烷基三甲基溴化铵(即质量百分含量为20％)，搅拌均匀后备用。将先前配好的石墨烯复合物分散液A，以每秒一滴的速度滴加入白云母悬浮液B中，并不断用磁子搅拌。滴加完毕后，将所得复合液抽滤、洗涤和干燥，得到石墨烯与碳纳米管质量百分含量各为3％的导电云母粉，并测得其体积电阻率为2.39KΩ·cm。

实施例7

取128mg碳纳米管和128mg毫克十六烷基三甲基溴化铵，加入100毫升去离子水，在50％功率下超声一小时配成分散液备用。取4.3g实施例1所制备的导电云母粉，用去离子水溶解，制成导电云母悬浮液备用。将先前配好的碳纳米管的分散液以每秒一滴的速度加入导电云母悬浮液中，并不断用磁子搅拌。滴加完毕后，将复合液抽滤、洗涤和干燥，得到石墨烯与碳纳米管质量百分含量分别为10％和5％的二次复合导电云母粉，并测得其体积电阻率为187.63Ω·cm。

实施例8

取40克氧化石墨烯溶胶，其固含量为1.24％，加入100毫升去离子水，超声15分钟后得到氧化石墨烯分散液，备用。取3克白云母粉和0.667克十六烷基三甲基溴化铵(即质量百分含量为20％)，加入100毫升去离子水，制成云母悬浮液，备用。称取0.1克碳纳米管，加入0.1克十六烷基三甲基溴化铵和100毫升去离子水，在50％功率下超声30分钟形成碳纳米管的分散液，备用。将先前制备好的氧化石墨烯分散液以每秒一滴的速度滴加入白云母悬浮液中，并不断用磁子搅拌，得到混合液A。滴加完毕后，将制备好的碳纳米管分散液滴加入混合液A中，抽滤并洗涤三次后加入200毫升去离子水，制成混合液B，将混合液B倒入反应器中，加入4.5克硼氢化钠进行还原，在100℃下回流8小时。回流结束后经过抽滤、洗涤和干燥，最后得到石墨烯与碳纳米管的包覆质量百分含量分别为15％和3％的导电云母粉，并测得其体积电阻率为102.34Ω·cm。

Claims (10)

1.一种导电云母粉，其特征在于所述导电云母粉由云母粉与石墨烯或者与石墨烯复合物复合而成。

2.一种权利要求1所述导电云母粉的制备方法，其特征在于包括以下步骤：①以云母粉为芯材，将云母粉在水中搅拌均匀形成云母粉悬浮液；②将石墨烯或者石墨烯复合物在分散剂和超声作用下形成石墨烯分散液；③将此石墨烯分散液滴加到搅动的云母粉悬浮液中，反加亦可，并不断搅拌，使石墨烯或者石墨烯复合物包覆到云母微晶片表面；④将混合后的悬浮液转移到反应器中，进行还原、过滤、洗涤、干燥等后处理，最后得到导电云母粉。

3.根据权利要求1所述的导电云母粉，其特征在于所述石墨烯或者石墨烯复合物质量百分含量为1～30％，云母粉质量百分含量为70～99％。

4.根据权利要求1所述的导电云母粉，其特征在于所述的石墨烯为单层石墨烯、多层石墨烯或者氧化石墨烯。

5.根据权利要求1所述的导电云母粉，其特征在于所述的石墨烯复合物为石墨烯与碳纳米管的复合物。

6.根据权利要求5所述的导电云母粉，其特征在于所述的石墨烯复合物中碳纳米管质量百分含量为10-50％，石墨烯的质量百分含量为50-90％。

7.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于所使用的云母粉为径向尺寸3～15微米，厚度0.05～5微米的白云母粉。

8.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于所用的导电包覆材料的分散剂为阳离子型表面活性剂。

9.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于所述的超声作用是通过带超声头的超声破碎设备实现的。

10.根据权利要求2所述的还原，其特征在于所述的还原可以用水合肼、硼氢化钠和氢气等还原剂进行还原，也可以是高温还原。

Images