CN105778132A - 一种基于聚苯胺的氧化铕/石墨烯导电薄膜的制备方法 - Google Patents
一种基于聚苯胺的氧化铕/石墨烯导电薄膜的制备方法 Download PDFInfo
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Abstract
一种基于聚苯胺的氧化铕/石墨烯导电薄膜的制备方法,涉及一种导电薄膜的制备方法,包括制备氧化石墨烯;氧化石墨烯来制备氧化铕/石墨烯;石墨烯\氧化铕配置为石墨烯\氧化铕分散液,得到苯胺单体石墨烯\氧化铕混合液;然后加入盐酸,置于冰浴中持续搅拌;将过硫酸铵的盐酸溶液与苯胺单体和石墨烯\氧化铕混合液混合得到反应液;搅拌12小时,得到聚苯胺和石墨烯/氧化铕的沉淀;用乙醇和去离子水洗涤数次至滤液无色,将聚苯胺和石墨烯/氧化铕的沉淀得到基于聚苯胺的氧化铕/石墨烯薄膜。制备的基于聚苯胺的氧化铕/石墨烯薄膜在导电方面具有优越的性能,并且具有良好的稀土金属特性,实现光电开关的功能。
Description
技术领域
本发明涉及一种导电薄膜的制备方法,特别是涉及一种基于聚苯胺的氧化铕/石墨烯导电薄膜的制备方法。
背景技术
复合型导电薄膜是将导电材料加入单一的或多相聚合物中制备一种具有导电功能的聚合物薄膜。复合型导电薄膜因为同时具有金属的导电性和高分子材料自身的优点而被广泛利用。
石墨烯具有许多奇特的性质,具有优异的电学、光学和磁学性质。它是目前一致的最薄、最硬、导电性能最好的一种材料,可以利用其独特性质来制备各种光电器件、复合材料、电池、超级电容超灵敏传感材料等。
无机纳米\有机杂化材料的制备合成方法不断完善,现传统的制备工艺主要分为:原位分散聚合法、共混法、溶液凝胶法和插层法,并且随着技术的发展制备方法也不断丰富和完善,制备方法的产业化实施是实验改进的最终目的,本实验采取改进利用氧化剂将单体在酸性条件下氧化聚合,进一步偶合形成大分子,制备方法简单适合于工业化生产。
聚苯胺材料具有较为强烈的P电子共轭体系,使得相较于其他烯烃类聚吡咯导电材料有更稳定的热力学性能,也具有显著的光电转换效应,由于聚苯胺大π键的存在使得整体材料在导电性能方面更加稳定性,独特的苯醌交替式结构使得电子离域明显,电子可以自由移动不受限制,从而保证了导电能力上的的优越地位。
现在导电薄膜材料广泛应用于电子电工企业并起着重要的作用,但现在出现的大多数的导电性材料或因导电填充料的原因而失去良好的导电性能和复合之前各材料的独特性能。氧化铕作为稀土元素中荧光特性最为明显的金属元素,在其荧光特性的利用上具有先天的优势条件。因此,利用聚苯胺材料的稳定性、石墨烯的电学性能和氧化铕的荧光特性得到一种具有优良光电特性的材料,将在电子工业中具有很好的应用前景。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于聚苯胺的氧化铕/石墨烯导电薄膜的制备方法,该方法通过使用苯胺单体和石墨烯\氧化铕混合液制备聚苯胺和石墨烯/氧化铕的沉淀;将沉淀抽滤、洗涤并干燥得到基于聚苯胺的氧化铕/石墨烯薄膜。通过该方法制备的基于聚苯胺的氧化铕/石墨烯薄膜在导电方面具有优越的性能,并且具有良好的稀土金属特性,实现光电开关的功能。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的:
一种基于聚苯胺的氧化铕/石墨烯导电薄膜的制备方法,所述方法包括以下过程:
1)制备氧化石墨烯;
2)基于步骤1)中的氧化石墨烯来制备氧化铕/石墨烯;
3)将步骤2)中的石墨烯\氧化铕配置为石墨烯\氧化铕分散液,并将1重量份的石墨烯\氧化铕分散液与50重量份的1mol/L的苯胺单体溶液混合得到苯胺单体石墨烯\氧化铕混合液;
4)将步骤3)中得到的苯胺单体石墨烯\氧化铕混合液在20℃-25℃下超声分散30分钟,然后加入30重量份的1mol/L的盐酸,置于冰浴中持续搅拌;
5)待苯胺单体和石墨烯\氧化铕混合液的温度降至0℃时,将过硫酸铵的盐酸溶液与苯胺单体和石墨烯\氧化铕混合液混合得到反应液;
6)将步骤5)中得到的反应液的温度在0-5℃下保持5-24小时,然后,再在20℃-25℃条件下,持续搅拌12小时,得到聚苯胺和石墨烯/氧化铕的沉淀;
7)将步骤6)中得到的反应液抽滤并用乙醇和去离子水洗涤数次至滤液无色,将聚苯胺和石墨烯/氧化铕的沉淀在真空条件下60℃-80℃干燥1-24小时,得到基于聚苯胺的氧化铕/石墨烯薄膜。
所述的一种基于聚苯胺的氧化铕/石墨烯导电薄膜的制备方法,所述步骤3)石墨烯\氧化铕分散液为1.25mg/ml。
所述的一种基于聚苯胺的氧化铕/石墨烯导电薄膜的制备方法,所述步骤5)过硫酸铵的盐酸溶液是由0.54重量份的过硫酸铵溶解于30重量份的1mol/L的盐酸中获得的。
所述的一种基于聚苯胺的氧化铕/石墨烯导电薄膜的制备方法,所述步骤6)反应液的反应温度为0℃,反应时间为12小时。
所述的一种基于聚苯胺的氧化铕/石墨烯导电薄膜的制备方法,所述制备氧化石墨烯的方法包括:
将石墨鳞片和高锰酸钾以1:6的重量比混合,然后缓慢加入混合酸溶液,并在35-50℃的油浴条件下进行磁力搅拌30分钟,得到混合液;
将混合液升温至50℃-60℃条件下反应5-24小时以保证反应完全进行从而得到含有氧化石墨烯的混合液;
将含有氧化石墨烯的混合液自然冷却至20℃-25℃,然后放入冰水混合物中;
向含有氧化石墨烯的混合液中缓慢滴加过氧化氢溶液直至混合液变为亮黄色,得到氧化石墨烯絮状沉淀物,其中,过氧化氢的质量浓度为25%-35%;以及将氧化石墨烯絮状沉淀物离心洗涤至接近中性,干燥研磨后得到氧化石墨烯粉末,其中,离心速度介于3000转/分-30000转/分之间。
所述的一种基于聚苯胺的氧化铕/石墨烯导电薄膜的制备方法,所述混合酸溶液由重量比为9:1的14.5mol/L的浓硫酸和4mol/L的浓磷酸制成,混合酸溶液与石墨鳞片和高锰酸钾混合物的重量比为1:6。
所述的一种基于聚苯胺的氧化铕/石墨烯导电薄膜的制备方法,所述离心速度为30000转/分。
所述的一种基于聚苯胺的氧化铕/石墨烯导电薄膜的制备方法,所述制备氧化铕/石墨烯的方法包括:
将1重量份的氧化石墨烯与400重量份的蒸馏水混合,然后超声30-60分钟,得到完全分散的氧化石墨烯分散液;
向氧化石墨烯分散液中加入0.01-0.1重量份的硝酸铕继续超声30-120分,使得硝酸铕完全分散在氧化石墨烯分散液中;
将含有硝酸铕的氧化石墨烯分散液在100℃下回流反应10小时,加入5重量份的硼氢化钠在80℃下继续反应2-4小时,得到石墨烯/氢氧化铕复合材料沉淀,将沉淀过滤、洗涤、50℃下真空干燥24小时,得到石墨烯/氢氧化铕复合材料;以及将石墨烯/氢氧化铕复合材料在500℃下高温煅烧4小时,得到石墨烯/氧化铕复合材料。
本发明的优点与效果是:
该方法制备得到的基于聚苯胺的氧化铕/石墨烯导电薄膜具有良好的稀土金属特性,可用于实现光电开关的功能,更加广泛有效地应用于智能控制领域。
附图说明
图1是根据本发明的示例性实施例制备还原氧化石墨烯的方法的流程图;
图2是根据本发明的示例性实施例制备氧化铕/石墨烯的方法的流程图;
图3是根据本发明的示例性实施例制备基于聚苯胺的氧化铕/石墨烯薄膜的方法的流程图;
图4是根据本发明的示例性实施例的基于聚苯胺的氧化铕/石墨烯薄膜样品红外光谱图及参照物光谱图;
图5是基于聚苯胺的氧化铕/石墨烯薄膜样品的X射线衍射图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明进行详细说明。
在下文中,将通过参考附图对示例性实施例进行解释来详细描述本发明构思。然而,本发明构思可以按照多种不同形式具体实施,而不应当解释为限制为本文所阐述的各实施例;相反,提供这些实施例是为了使得本公开是清楚且完整的,并且将向本领域普通技术人员充分地传达本发明构思。
根据本发明的一个或更多个示例性实施例,制备基于聚苯胺的氧化铕/石墨烯薄膜的方法可以包括:
1)制备氧化石墨烯;
2)基于步骤1)中的氧化石墨烯来制备氧化铕/石墨烯;
3)基于步骤2)中的氧化铕/石墨烯来制备基于聚苯胺的氧化铕/石墨烯薄膜。
图1是根据本发明的示例性实施例的制备还原氧化石墨烯的方法的流程图。
参照图1,本发明提供的制备石墨烯的方法包括:
1)将石墨鳞片和高锰酸钾以1:6的重量比混合,然后缓慢加入混合酸溶液,并在35-50℃的油浴条件下进行磁力搅拌30分钟,其中,混合酸溶液的重量比可以为9:1的14.4mol/L的浓硫酸和4mol/L的浓磷酸,混合酸溶液与石墨鳞片和高锰酸钾混合物的重量比为1:6;
2)将步骤1)得到的混合液升温至50℃-60℃条件下反应5-24小时以保证反应完全进行从而得到含有氧化石墨烯的混合液,优选地,反应时间为10小时,在此条件下,氧化石墨烯的纯度更容易进行控制,避免因反应时间过长而造成反应物分子破坏和其他杂质的污染;
3)将含有氧化石墨烯的混合液自然冷却至20℃-25℃,后放入冰水混合物中;
4)向步骤3)得到的含有氧化石墨烯的混合液中缓慢滴加过氧化氢溶液直至混合液变为亮黄色,得到氧化石墨烯絮状沉淀物,其中,过氧化氢的质量浓度可以为25%-35%;
5)将步骤4)中所得的氧化石墨烯絮状沉淀物多次离心洗涤至接近中性,干燥研磨后得到氧化石墨烯粉末,其中,离心速度介于3000转/分-30000转/分,优选地,离心速度可以为30000转/分,在这种情况下可以避免低转速下重复次数过多使得产率降低,相对于低转速下使得完全得到纯净的氧化石墨烯。
图2是根据本发明的示例性实施例的制备氧化铕/石墨烯的方法的流程图。
参照图2,本发明提供的制备氧化铕/石墨烯的方法包括:
1)将1重量份的氧化石墨烯与400重量份的蒸馏水混合,然后超声30-60分钟,得到完全分散的氧化石墨烯分散液;
2)向步骤1)中得到的氧化石墨烯分散液中加入0.01-0.1重量份的硝酸铕继续超声30-120分,使得硝酸铕完全分散在氧化石墨烯分散液中;
3)将步骤2)中的含有硝酸铕的氧化石墨烯分散液在100℃下回流反应10小时,加入5重量份的硼氢化钠在80℃下继续反应2-4小时,得到石墨烯/氢氧化铕复合材料的沉淀,将沉淀过滤、洗涤、50℃下真空干燥24小时,得到石墨烯/氢氧化铕复合材料;
4)将步骤3)中得到的石墨烯/氢氧化铕复合材料在500℃下高温煅烧4小时,得到石墨烯/氧化铕复合材料。
图3是根据本发明的示例性实施例制备基于聚苯胺的氧化铕/石墨烯薄膜的方法的流程图。
参照图3,本发明提供的制备基于聚苯胺的氧化铕/石墨烯薄膜的方法包括:
1)将上文中所述的方法制备的石墨烯\氧化铕配置为1.25mg/ml的石墨烯\氧化铕分散液,并将1重量份的石墨烯\氧化铕分散液与50重量份的1mol/L的苯胺单体溶液混合得到苯胺单体石墨烯\氧化铕混合液;
2)将步骤1)中得到的苯胺单体石墨烯\氧化铕混合液在20℃-25℃下超声分散30分钟,使得苯胺单体吸附在石墨烯片层的表面上,然后加入约30重量份的1mol/L的盐酸,置于冰浴中持续搅拌;
3)将0.54重量份的过硫酸铵溶解于30重量份的1mol/L的盐酸中得到过硫酸铵的盐酸溶液,待苯胺单体和石墨烯\氧化铕混合液的温度降至约0℃时,将过硫酸铵的盐酸溶液与苯胺单体和石墨烯\氧化铕混合液混合得到反应液;
4)将步骤3)中得到的反应液的温度保持在0-5℃约5-24小时,根据本发明的另一实施例,优选地,反应时间为12小时,反应温度为0℃,然后,再在20℃-25℃条件下,持续搅拌12小时,得到聚苯胺和石墨烯/氧化铕的沉淀;
5)将步骤4)中得到的反应液抽滤并用乙醇和去离子水洗涤数次至滤液无色,将聚苯胺和石墨烯/氧化铕的沉淀在真空条件下60℃-80℃干燥1-24小时,得到基于聚苯胺的氧化铕/石墨烯薄膜。
图4是根据本发明的示例性实施例的制备方法获得的基于聚苯胺的氧化铕/石墨烯薄膜样品红外光谱图及参照物光谱图。
如图4所示,氧化铕的复合薄膜除了在1600cm-1附近因石墨未氧化完全而出现弱峰外,曲线其余部分与聚苯胺纯样薄膜基本相同,说明用石墨烯/氧化铕充分分散在了聚苯胺中。
图5是根据本发明的示例性实施例的制备方法获得的基于聚苯胺的氧化铕/石墨烯薄膜样品的X射线衍射图。
如图5所示,经过葡糖糖还原后,石墨烯片上仍残留有部分的含氧功能基团,这些残留的部分含氧功能基团可以作为吸附铕离子的活性点;氧化铕/石墨烯复合物的XRD谱图中2θ=29.1°,48.5°和57.5°的衍射峰分别归属于氧化铕和晶面。由布拉格方程求出石墨烯的层间距为0.37nm。相对于氧化石墨烯来说,氧化铕/石墨烯的层间距有所减少,但是仍然大于天然石墨。
根据本发明的一个或更多个示例性实施例的制备方法获得的基于聚苯胺的氧化铕/石墨烯薄膜的电导率为11.3S/m,相对于纯聚苯胺的电导率(10.2S/m)来讲导电性能得到提高。相对于为掺杂氧化铕的含有石墨烯的聚苯胺的电导率(11.8S/m)来说,电导率在加入氧化铕之后基本保持不变。
虽然已经参照附图和优选实施例描述了本发明,但是本发明不限于此,而是由权利要求书来进行限定。
Claims (8)
1.一种基于聚苯胺的氧化铕/石墨烯导电薄膜的制备方法,其特征在于,所述方法包括以下过程:
1)制备氧化石墨烯;
2)基于步骤1)中的氧化石墨烯来制备氧化铕/石墨烯;
3)将步骤2)中的石墨烯\氧化铕配置为石墨烯\氧化铕分散液,并将1重量份的石墨烯\氧化铕分散液与50重量份的1mol/L的苯胺单体溶液混合得到苯胺单体石墨烯\氧化铕混合液;
4)将步骤3)中得到的苯胺单体石墨烯\氧化铕混合液在20℃-25℃下超声分散30分钟,然后加入30重量份的1mol/L的盐酸,置于冰浴中持续搅拌;
5)待苯胺单体和石墨烯\氧化铕混合液的温度降至0℃时,将过硫酸铵的盐酸溶液与苯胺单体和石墨烯\氧化铕混合液混合得到反应液;
6)将步骤5)中得到的反应液的温度在0-5℃下保持5-24小时,然后,再在20℃-25℃条件下,持续搅拌12小时,得到聚苯胺和石墨烯/氧化铕的沉淀;
7)将步骤6)中得到的反应液抽滤并用乙醇和去离子水洗涤数次至滤液无色,将聚苯胺和石墨烯/氧化铕的沉淀在真空条件下60℃-80℃干燥1-24小时,得到基于聚苯胺的氧化铕/石墨烯薄膜。
2.根据权利要求1所述的一种基于聚苯胺的氧化铕/石墨烯导电薄膜的制备方法,其特征在于,所述步骤3)石墨烯\氧化铕分散液为1.25mg/ml。
3.根据权利要求1所述的一种基于聚苯胺的氧化铕/石墨烯导电薄膜的制备方法,其特征在于,所述步骤5)过硫酸铵的盐酸溶液是由0.54重量份的过硫酸铵溶解于30重量份的1mol/L的盐酸中获得的。
4.根据权利要求1所述的一种基于聚苯胺的氧化铕/石墨烯导电薄膜的制备方法,其特征在于,所述步骤6)反应液的反应温度为0℃,反应时间为12小时。
5.根据权利要求1所述的一种基于聚苯胺的氧化铕/石墨烯导电薄膜的制备方法,其特征在于,所述制备氧化石墨烯的方法包括:
将石墨鳞片和高锰酸钾以1:6的重量比混合,然后缓慢加入混合酸溶液,并在35-50℃的油浴条件下进行磁力搅拌30分钟,得到混合液;
将混合液升温至50℃-60℃条件下反应5-24小时以保证反应完全进行从而得到含有氧化石墨烯的混合液;
将含有氧化石墨烯的混合液自然冷却至20℃-25℃,然后放入冰水混合物中;
向含有氧化石墨烯的混合液中缓慢滴加过氧化氢溶液直至混合液变为亮黄色,得到氧化石墨烯絮状沉淀物,其中,过氧化氢的质量浓度为25%-35%;以及将氧化石墨烯絮状沉淀物离心洗涤至接近中性,干燥研磨后得到氧化石墨烯粉末,其中,离心速度介于3000转/分-30000转/分之间。
6.根据权利要求5所述的一种基于聚苯胺的氧化铕/石墨烯导电薄膜的制备方法,其特征在于,所述混合酸溶液由重量比为9:1的14.5mol/L的浓硫酸和4mol/L的浓磷酸制成,混合酸溶液与石墨鳞片和高锰酸钾混合物的重量比为1:6。
7.根据权利要求5所述的一种基于聚苯胺的氧化铕/石墨烯导电薄膜的制备方法,其特征在于,所述离心速度为30000转/分。
8.根据权利要求1所述的一种基于聚苯胺的氧化铕/石墨烯导电薄膜的制备方法,其特征在于,所述制备氧化铕/石墨烯的方法包括:
将1重量份的氧化石墨烯与400重量份的蒸馏水混合,然后超声30-60分钟,得到完全分散的氧化石墨烯分散液;
向氧化石墨烯分散液中加入0.01-0.1重量份的硝酸铕继续超声30-120分,使得硝酸铕完全分散在氧化石墨烯分散液中;
将含有硝酸铕的氧化石墨烯分散液在100℃下回流反应10小时,加入5重量份的硼氢化钠在80℃下继续反应2-4小时,得到石墨烯/氢氧化铕复合材料沉淀,将沉淀过滤、洗涤、50℃下真空干燥24小时,得到石墨烯/氢氧化铕复合材料;以及将石墨烯/氢氧化铕复合材料在500℃下高温煅烧4小时,得到石墨烯/氧化铕复合材料。
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