CN104485157A - 石墨烯复合材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种石墨烯复合材料，包括：基体；复合于所述基体上的石墨烯层；复合于所述石墨烯层上的保护膜层；所述保护膜层由前驱体树脂与导电物质组成。本申请通过在石墨烯表面复合包括前驱体树脂与导电物质的保护膜层，其中前驱体树脂使保护膜层具有良好的耐刮擦性与高透光性，导电物质使保护膜在垂直薄膜方向导电，从而使保护膜具有高透光性、垂直薄膜方向导电以及耐刮擦性。本申请还提供了一种石墨烯复合材料的制备方法。

Description

石墨烯复合材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及石墨烯技术领域，尤其涉及石墨烯复合材料及其制备方法。
背景技术
石墨烯是一种由碳原子构成的单层片状结构的新材料，其是一种由碳原子以sp2杂化轨道组成的六角型呈蜂巢晶格的平面薄膜，只有一个碳原子厚度的二维材料。石墨烯具有较高的导热系数、电子迁移率与较低的电阻率，因此石墨烯有望在能源、材料、电子与生物医药等领域获得极大地发展。
目前各种生长工艺制备的石墨烯薄膜，表面耐刮擦性能差，耐超声清洗能力也不佳，因此工业上无法高效地生产和运用石墨烯透明导电膜于各种电子行业中。申请号为201410170163.4的中国专利公开了一种石墨烯和导电聚合物复合材料及其制备方法，该专利是在基体表面上依次具有石墨烯层和导电聚合物层，形成基体/石墨烯层/导电聚合物层；或者在基体表面上依次具有导电聚合物层和石墨烯层，形成基体/导电聚合物层/石墨烯层。本专利提供的导电聚合物复合材料能够显著降低石墨烯转移后的方阻，且稳定性好，长时间放置石墨烯方阻的衰减也非常小，但是本专利在石墨烯耐刮擦以及耐超声清洗等方面未得到较大改善，并且在一定程度上牺牲了整体膜的透光率。
发明内容
本发明解决的技术问题在于提供一种石墨烯复合材料，本申请提供的石墨烯复合材料使保护膜层具有高透光、垂直薄膜方向导电以及良好的耐刮擦性。
本申请提供了一种石墨烯复合材料，包括：
基体；复合于所述基体上的石墨烯层；复合于所述石墨烯层上的保护膜层；所述保护膜层由前驱体树脂与导电物质组成。
优选的，所述前驱体树脂选自环氧树脂、聚氨酯、聚丙烯酸酯、热塑性胶粘剂和光固化胶粘剂中的一种或多种。
优选的，所述导电物质选自氧化物导电材料、金属导电材料或导电高分子聚合物中的一种或多种。
优选的，所述保护膜的厚度为100nm～10μm。
优选的，所述基体为柔性基体或硬性基体；所述柔性基体为聚对苯二甲酸类塑料、聚乙烯类塑料、聚碳酸酯类塑料或聚氯乙烯；所述硬性基体为玻璃、硅片或石英。
本申请还提供了一种石墨烯复合材料的制备方法，包括以下步骤：
将导电物质与树脂前驱体混合，得到混合物；
将所述混合物涂敷于复合于基体表面的石墨烯的表面，然后进行固化，得到石墨烯复合材料。
优选的，所述前驱体树脂选自环氧树脂、聚氨酯、聚丙烯酸酯、热塑性胶粘剂和光固化胶粘剂中的一种或多种。
优选的，所述导电物质选自氧化物导电材料、金属导电材料或导电高分子聚合物中的一种或多种。
优选的，所述固化为热固化或UV固化。
优选的，所述涂敷的方式为旋涂、棒涂、辊涂、丝网印刷或喷涂。
本申请提供了一种石墨烯复合材料，包括：基体；复合于所述基体上的石墨烯层；复合于所述石墨烯层上的保护膜层；所述保护膜层由前驱体树脂与导电物质组成。本申请通过在石墨烯层表面复合保护膜层，所述保护膜层由前驱体树脂与导电物质组成，其中前驱体树脂使保护膜层具有高透光性与耐刮擦性，而保护膜层中的导电物质使保护膜层具有垂直薄膜方向导电性，因此本申请的保护膜能够实现对石墨烯薄膜的保护，且具有高透光、垂直薄膜方向导电与良好的耐刮擦性。
具体实施方式
为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明权利要求的限制。
本发明实施例公开了一种石墨烯复合材料，包括：
基体；复合于所述基体上的石墨烯层；复合于所述石墨烯层上的保护膜层；所述保护膜层由前驱体树脂与导电物质组成。
本申请提供了一种石墨烯复合材料，其通过在石墨烯表面复合包含有前驱体树脂与导电物质的保护膜层，使石墨烯能够得到保护，在长时间放置或转移过程中，方阻未发生明显变化，且保护膜层具有高透光性与垂直薄膜方向导电的性质。
按照本发明，所述保护膜层由前驱体树脂与导电物质组成。所述前驱体树脂优先选自环氧树脂、聚氨酯、聚丙烯酸酯、热塑性胶黏剂和光固化胶黏剂中的一种或多种。所述前驱体树脂更优选为光固化胶黏剂。所述导电物质优先选自氧化物导电材料、金属导电材料和导电高分子聚合物中的一种或多种。所述导电物质更优选为纳米或微米氧化物导电材料、纳米或微米金属导电材料。所述氧化物导电材料优选为ITO粉，所述金属导电材料优选为Ag纳米线，所述导电高分子聚合物优选为聚(3,4-亚乙二氧基噻吩)-聚(苯乙烯磺酸)(PEDOT/PSS)。本申请所述保护膜层的厚度优选为100nm～10μm，一方面膜越厚耐刮擦及耐候性越好，但是透光率越差且垂直薄膜方向导电的性能也越差。本申请对所述保护膜的本身方阻没有特别的要求，只要满足垂直播磨方向导通即可，在很大程度上减少了保护膜的厚度。
本申请所述基体为柔性基体或硬性基体；所述柔性基体优选为PET、PE、PC或PVC；所述硬性基体优选为玻璃、硅片或石英。
本申请还提供了一种石墨烯复合材料的制备方法，包括以下步骤：
将导电物质与树脂前驱体混合，得到混合物；
将所述混合物涂敷于复合于基体表面的石墨烯的表面，然后进行固化，得到石墨烯复合材料。
在制备石墨烯复合材料的过程中，本申请首先将导电物质与树脂前驱体混合，导电物质与树脂前驱体的混合物。为了使导电物质与树脂前驱体混合均匀，本申请优选采用超声处理使导电物质与树脂前驱体混合均匀。所述超声处理的时间优选为1s～24h，更优选为10min～60min。
在得到导电物质与树脂前驱体的混合物之后，则将所述混合物涂敷于复合于石墨烯表面的表面。本申请中复合于所述基体表面的石墨烯可以是直接制备于基底表面的石墨烯，也可以是后期转移至基底表面的石墨烯。所述石墨烯的制备工艺按照现有技术的方法制备即可，可以是CVD法、外延法与化学还原法中的一种。在将石墨烯转移至基体的过程中，所述石墨烯转移的方式本申请不作特别的限制，可以是热释放胶带转移、PMMA转移、热熔胶转移、静电转移、静电膜转移或其它树脂胶黏剂转移。所述涂敷为旋涂、棒涂、辊涂、丝网印刷或喷涂。将涂覆于石墨烯表面的混合物固化后，得到保护膜，所述固化优选为热固化或UV光固化，所述热固化的温度优选为20℃～150℃，所述UV光固化的能量为1mJ/cm2～10000mJ/cm2。
本申请提供了一种石墨烯复合材料，包括：基体；复合于所述基体上的石墨烯层；复合于所述石墨烯层上的保护膜层；所述保护膜层由前驱体树脂与导电物质组成。本申请通过在石墨烯层表面复合保护膜层，所述保护膜层由前驱体树脂与导电物质组成，其中前驱体树脂使保护膜层具有高透光性与耐刮擦性，而保护膜层中的导电物质使保护膜层具有垂直薄膜方向导电性，因此本申请设置的保护膜能够实现对石墨烯薄膜的保护，且具有高透光、垂直薄膜方向导电与良好的耐刮擦性。在保护膜表面进行刮擦实验，石墨烯的方阻不受影响，经过3M胶撕扯3次后，亦无明显影响。
为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明提供的石墨烯复合材料的制备方法进行详细说明，本发明的保护范围不受以下实施例的限制。
实施例1
1)将胶黏剂与ITO粉进行超声处理，使氧化物导电颗粒在胶黏剂中分布均匀；导电颗粒与前驱体的比例为0.1g/ml；
2)将步骤1)得到的目标产物通过旋涂的方式涂布于待保护石墨烯的表面；石墨烯通过CVD法制备于PET表面；烘干3h后，在石墨烯表面形成垂直方向导电的石墨烯保护膜，该保护膜具备超高的透明度及较强的耐候性。
将本实施例制备的有保护膜石墨烯与没有保护膜的石墨烯进行对比测试，相关数据如表格1所示。
表1本实施例有保护膜与没有保护膜的石墨烯的性能对比数据表
实施例2
1)将乐泰UV光固胶与Ag纳米线进行超声处理，使得金属导电颗粒在胶黏剂中分布均匀；导电颗粒与前驱体比例为0.2g/ml；
2)将步骤1)中得到的目标产物，喷涂于待保护石墨烯的表面；石墨烯通过外延法制备于PET表面；在总能量为1000mJ/cm2下UV固化成膜后，在石墨烯表面将会形成一张垂直方向导电的石墨烯保护膜，该保护膜具备超高的透明度及较强的耐候性。
将有保护膜与没有保护膜的石墨烯的性能进行对比测试，相关数据如表格2所示。
表2本实施例有保护膜与没有保护膜的石墨烯的性能对比数据表
实施例3
1)将AB胶水与PEDOT/PSS混合并进行超声处理，使得金属导电颗粒在胶黏剂中分布均匀；两者比例为0.01g/ml；
2)将步骤1)中得到的目标产物，将其喷涂于待保护石墨烯的表面；石墨烯通过外延法制备于PET表面；固化成膜后，在石墨烯表面将会形成一张垂直方向导电的石墨烯保护膜，该保护膜具备超高的透明度及较强的耐候性。
将有保护膜与没有保护膜的石墨烯的性能进行对比测试，相关数据如表格3所示。
表3本实施例有保护膜与没有保护膜的石墨烯的性能对比数据表
以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种石墨烯复合材料，包括：
基体；复合于所述基体上的石墨烯层；复合于所述石墨烯层上的保护膜层；所述保护膜层由前驱体树脂与导电物质组成。
2.根据权利要求1所述的石墨烯复合材料，其特征在于，所述前驱体树脂选自环氧树脂、聚氨酯、聚丙烯酸酯、热塑性胶粘剂和光固化胶粘剂中的一种或多种。
3.根据权利要求1所述的石墨烯复合材料，其特征在于，所述导电物质选自氧化物导电材料、金属导电材料或导电高分子聚合物中的一种或多种。
4.根据权利要求1所述的石墨烯复合材料，其特征在于，所述保护膜的厚度为100nm～10μm。
5.根据权利要求1所述的石墨烯复合材料，其特征在于，所述基体为柔性基体或硬性基体；所述柔性基体为聚对苯二甲酸类塑料、聚乙烯类塑料、聚碳酸酯类塑料或聚氯乙烯；所述硬性基体为玻璃、硅片或石英。
6.一种石墨烯复合材料的制备方法，包括以下步骤：
将导电物质与树脂前驱体混合，得到混合物；
将所述混合物涂敷于复合于基体表面的石墨烯的表面，然后进行固化，得到石墨烯复合材料。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述前驱体树脂选自环氧树脂、聚氨酯、聚丙烯酸酯、热塑性胶粘剂和光固化胶粘剂中的一种或多种。
8.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述导电物质选自氧化物导电材料、金属导电材料或导电高分子聚合物中的一种或多种。
9.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述固化为热固化或UV固化。
10.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述涂敷的方式为旋涂、棒涂、辊涂、丝网印刷或喷涂。
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