CN107163861A - 一种利用石墨烯实现材料粘接的方法 - Google Patents

一种利用石墨烯实现材料粘接的方法 Download PDF

Info

Publication number
CN107163861A
CN107163861A CN201710391093.9A CN201710391093A CN107163861A CN 107163861 A CN107163861 A CN 107163861A CN 201710391093 A CN201710391093 A CN 201710391093A CN 107163861 A CN107163861 A CN 107163861A
Authority
CN
China
Prior art keywords
graphene
graphene oxide
bonding
size
method described
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201710391093.9A
Other languages
English (en)
Inventor
高超
李拯
张春晓
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hangzhou Gaoxi Technology Co Ltd
Original Assignee
Hangzhou Gaoxi Technology Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hangzhou Gaoxi Technology Co Ltd filed Critical Hangzhou Gaoxi Technology Co Ltd
Priority to CN201710391093.9A priority Critical patent/CN107163861A/zh
Publication of CN107163861A publication Critical patent/CN107163861A/zh
Priority to PCT/CN2018/078765 priority patent/WO2018219008A1/zh
Priority to US16/617,531 priority patent/US11542411B2/en
Priority to JP2019565907A priority patent/JP6952134B2/ja
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09J—ADHESIVES; NON-MECHANICAL ASPECTS OF ADHESIVE PROCESSES IN GENERAL; ADHESIVE PROCESSES NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE; USE OF MATERIALS AS ADHESIVES
    • C09J1/00—Adhesives based on inorganic constituents
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
    • C03C27/00—Joining pieces of glass to pieces of other inorganic material; Joining glass to glass other than by fusing
    • C03C27/06—Joining glass to glass by processes other than fusing
    • C03C27/10—Joining glass to glass by processes other than fusing with the aid of adhesive specially adapted for that purpose
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09J—ADHESIVES; NON-MECHANICAL ASPECTS OF ADHESIVE PROCESSES IN GENERAL; ADHESIVE PROCESSES NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE; USE OF MATERIALS AS ADHESIVES
    • C09J5/00—Adhesive processes in general; Adhesive processes not provided for elsewhere, e.g. relating to primers

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Geochemistry & Mineralogy (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Carbon And Carbon Compounds (AREA)

Abstract

本发明公开了一种利用石墨烯实现材料粘接的方法，可实现对高分子、金属、纸、玻璃、碳材料、陶瓷等材料的粘接。并且在粘接处具有导电性，可耐湿、耐酸、耐碱和耐盐。本发明充分利用了石墨烯的高导电、高导热、耐腐蚀等特性，实现对多种材料的功能性粘接，具有巨大的应用前景。

Description

一种利用石墨烯实现材料粘接的方法
技术领域
本发明涉及一种利用石墨烯实现材料粘接的方法。
背景技术
随着社会的进步和科学技术的发展，人们的环保意思识和可持续发展观念日益增强，由溶剂型粘接剂向环保型水基粘接剂转变，已成为当前粘接剂发展的必然趋势。传统的粘接剂例如白乳胶、淀粉胶黏剂存在着易霉变、耐水性和耐湿性比较差和干燥速度慢等缺点；水玻璃存在着耐碱性和耐水性差；具腐蚀性、强刺激性，可致人体灼伤；酚醛树脂胶黏剂存在着脆性大，剥离强度低，不适于作结构胶粘剂使用的缺点；应用较多的脲醛树脂胶黏剂甲醛释放量高、污染环境、危害健康的缺点。
石墨烯是一种具有超高导电、超高导热、超强力学性能的二维纳米材料(Science，2004，306:666-669)，自发现以来就受到了极大的关注。若将石墨烯引入两个材料的界面处，极有希望利用石墨烯的导电导热性实现常规高分子胶黏剂所无法达到的导电、导热粘接，并且得益于石墨烯的优异特性可使粘接界面耐受高温以及酸碱等腐蚀环境。然而石墨烯表面缺乏极性官能团，很难直接通过石墨烯实现对材料的粘接。长久以来，胶黏剂领域对石墨烯的使用多是将其作为纳米填料，以极少的添加量掺入高分子等常规粘接剂，虽然最终的性能有所提升，但这种复合粘接剂依然表现高分子胶黏剂的主体特性，例如，导电、导热以及耐性均局限于高分子材料本身，并不能有效而充分地发挥石墨烯的独特性能。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种实现全石墨烯粘接的方法。通过该方法可对高分子、金属、纸、玻璃、碳材料和陶瓷等材料进行有效粘接。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种利用石墨烯实现材料粘接的方法，该方法为：首先将氧化石墨烯溶液均匀涂覆在多个待粘接材料之间，待其干燥后进行还原，即可在待粘接材料之间通过石墨烯实现粘接。
进一步地，所述氧化石墨烯溶液中，氧化石墨烯片层尺寸为1um～100um，尺寸小于5um的氧化石墨烯片少于等于10％，且尺寸大于30um的氧化石墨烯片不少于65％；氧化石墨烯单层率大于80％；氧化石墨烯的浓度大于等于4mg/mL。
进一步地，还原后的石墨烯的C/O大于4:1。
进一步地，所述溶剂为水、乙醇、N,N-二甲基甲酰胺(DMF)。
进一步地，待粘接材料包括高分子、金属、纸和玻璃、碳材料、陶瓷等材料，以及上述不同种材料之间的粘接。
进一步地，所述还原方法为在80-100℃下利用氢碘酸或水合肼蒸汽进行化学还原。
进一步地，所述还原方法为在加压或真空状态下按1℃/min升温速率缓慢升温至100-500℃热还原。
本发明首次提出一种在材料界面处实现100％石墨烯粘接的方法。该策略首先通过高极性的氧化石墨烯在材料界面处建立有效粘接，继而施加可控还原，得到石墨烯粘接层，并且有效避免了还原过程中脱粘、起泡等现象的发生。与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
(1)在粘接过程中，未加入任何含有高分子物质，无污染，利于环保。
(2)使用方法简单，且粘接处具有导电导热等特性。
(3)粘接界面稳定，可耐受高温、湿气、酸碱腐蚀等。
附图说明
图1为不同浓度石墨烯的粘结性能图。
具体实施方式
本发明公开了一种利用石墨烯实现材料粘接的方法，粘接时无需任何高分子成分，可充分发挥石墨烯的优异特性。为了实现100％石墨烯粘接，本发明设计了一种由氧化石墨烯还原得到石墨烯的策略。因为氧化石墨烯含有更多的极性官能团，与多数材料表面具有亲和性，且容易大量制备，因此更容易作为胶黏剂使用。然而，为了得到石墨烯的导电导热耐腐蚀等特性，必须对氧化石墨烯进行还原。还原过程中由于氧化官能团的大量脱除，石墨烯极性降低，同时释放出气体，将大大削弱由氧化石墨烯建立起来的粘接作用。为了避免这种情况的发生，本发明采用了加压还原和缓慢还原的还原方式，使形成的气体缓慢释放，减小对粘接层的破坏，并且有利于石墨烯片层间π-π相互作用的及时建立，保证了粘接层的完整。
下面通过实施例对本发明进行具体描述，本实施例只用于对本发明做进一步的说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，本领域的技术人员根据上述发明的内容做出一些非本质的改变和调整，均属于本发明的保护范围。
没有明确指定的情况下，以下实施例涉及的百分数均为数量百分比，例如，“单层氧化石墨烯占在氧化石墨烯总量的81.5％”，意为，1000片的氧化石墨烯中，单层氧化石墨烯的数量为815片；“尺寸小于5um的氧化石墨烯片的量为7±3％”，意为，100片的氧化石墨烯中，尺寸小于5um的氧化石墨烯片的数量为7±3片。另外，C/O为本领域常用技术术语，表示C、O的原子个数比。
实施例1
本实施例研究了不同浓度的氧化石墨烯溶液对最终石墨烯粘结性能的影响，具体如下：
采用的氧化石墨烯溶液中，尺寸小于5um的氧化石墨烯片的量为8±1％，尺寸大于30um的氧化石墨烯片的量为70±3％，其余部分尺寸为5-30um之间；整体的C/O比2:1，单层氧化石墨烯占在氧化石墨烯总量的98.8％。
分别按照2-20mg/ml的浓度配置氧化石墨烯水溶液，并将其对两片载玻片实现粘结，粘结方法为：首先对载玻片进行亲水处理，之后将氧化石墨烯粘接剂均匀涂覆在两片载玻片之间，待其干燥后在95℃下利用水合肼蒸气进行化学还原，还原后的石墨烯的C/O为6:1左右，两片载玻片通过石墨烯实现粘接。
不同浓度下的粘接效果如图1所示。从图中可以看出，氧化石墨烯浓度在4mg/ml以上，具有较好的粘接效果。
实施例2
本实施例研究了不同尺寸分布的氧化石墨烯对最终石墨烯粘结性能的影响，具体如下：
采用的氧化石墨烯中，尺寸分布如表1所示；整体的C/O比2:1，单层氧化石墨烯含量为95.8％。按照4mg/ml的浓度配置氧化石墨烯水溶液，并将其对两片载玻片实现粘结，粘结方法为：首先对载玻片进行亲水处理，之后将氧化石墨烯粘接剂均匀涂覆在两片载玻片之间，待其干燥后在90℃下利用氢碘酸蒸汽进行化学还原，还原后的石墨烯的C/O为5:1左右，两片载玻片通过石墨烯实现粘接。
不同尺寸分布下的粘接效果如表1所示。从表中可以看出，尺寸小于5um的氧化石墨烯片的量应少于等于10％，且尺寸大于30um的氧化石墨烯片的量应不小于65％。
表1
实施例3
本实施例研究了不同还原程度的石墨烯(不同C/O值)对最终粘结性能的影响，具体如下：
采用的氧化石墨烯尺寸在30～80um，C/O变化范围为2:1～3:1，单层氧化石墨烯占在氧化石墨烯总量的84.1％。按照8mg/ml的浓度配置氧化石墨烯水溶液，并将其对两片ITO实现粘结，粘结方法为：首先对ITO进行亲水处理，之后将氧化石墨烯粘接剂均匀涂覆在两片ITO之间，待其干燥后在真空状态下按1℃/min升温速率缓慢升温至300℃进行热还原，或者水合肼蒸气化学还原，通过对氧化石墨烯C/O的选择以及还原方法的控制，使还原后的石墨烯的C/O比分别为3.5:1、4:1、5:1：6:1；
一方面，通过对4个粘结试样进行粘结性能测试，发现随着C/O比的升高(还原程度的增加)，粘结效果有所下降，然而，由于石墨烯片的尺寸分布，以及单层率等优势，使得其始终保持较好的粘结效果；另一方面，对两个粘结后的ITO的导电性进行测试，测试结果表明，随着C/O比的升高，粘接层的导电性显著提升，在C/O比为4:1时，即达到了ITO本身的导电性能。
通过以上实施例可知，本领域技术人员利用本发明的粘结方法，可根据对实际粘结效果以及导电率的要求，对碳氧比以及尺寸分布、氧化石墨烯前躯体浓度进行调整，以实现完好粘结。例如，对导电率要求高的，需要还原后的石墨烯具备高碳氧比，此时，即可通过提高大尺寸石墨烯片的含量、或提高氧化石墨烯前躯体浓度来实现粘结。
实施例4
(1)取单层率为81.4％的氧化石墨烯，尺寸小于5um的氧化石墨烯片的量为6％，尺寸大于30um的氧化石墨烯片的量为87％，其余部分尺寸为5-30um之间；配置浓度为4mg/ml的氧化石墨烯分散液，分散相为水，将其作为石墨烯粘接溶液。
(2)将石墨烯粘接溶液均匀涂覆在聚苯胺材料表面，待其干燥后即实现粘接。经测试粘接强度达0.11MPa。
(3)经氢碘酸溶液90℃还原处理30分钟后，测得其C/O为4:1，经测试在粘接处粘接强度达0.04MPa，且具有优异的导电性，并可耐酸、耐碱和耐盐。
实施例5
(1)取单层率为96.3％的氧化石墨烯，尺寸小于5um的氧化石墨烯片的量为3％，尺寸大于30um的氧化石墨烯片的量为91％，其余部分尺寸为5-30um之间；配置浓度为16mg/ml的氧化石墨烯分散液，分散相为水，将其作为石墨烯粘接溶液。
(2)将石墨烯粘接溶液均匀涂覆在铁片表面，待其干燥后即实现粘接。经测试粘接强度达0.36MPa。
(3)经水合肼溶液70℃还原处理20分钟后，测得其C/O为4:1，经测试在粘接处粘接强度达0.04MPa，且具有导电性，并可耐酸、耐碱和耐盐。
实施例6
(1)取单层率为97.2％的氧化石墨烯，尺寸均控制在50～80um；配置浓度为12mg/ml的氧化石墨烯分散液，分散相为DMF，将其作为石墨烯粘接溶液。
(2)将石墨烯粘接溶液均匀涂覆在导电玻璃材料表面，待其干燥后即实现粘接。经测试粘接强度达0.11MPa。
(3)按1℃/min升温速率缓慢升温至200℃热还原处理20分钟后，测得其C/O为4:1，经测试在粘接处粘接强度达0.03MPa，且具有导电性，并可耐酸、耐碱和耐盐。
实施例7
(1)取单层率为95.4％的氧化石墨烯，尺寸均控制在50～80um；配置浓度为18mg/ml的氧化石墨烯分散液，分散相为水，将其作为石墨烯粘接溶液。
(2)将石墨烯粘接溶液均匀涂覆在导电陶瓷材料表面，待其干燥后即实现粘接。经测试粘接强度达0.22MPa。
(3)经氢碘酸溶液80℃还原处理60分钟后，测得其C/O为5:1，经测试在粘接处粘接强度达0.02MPa，且具有导电性，并可耐酸、耐碱和耐盐。

Claims (7)

1.一种利用石墨烯实现材料粘接的方法，其特征在于，该方法为：首先将氧化石墨烯溶液均匀涂覆在多个待粘接材料之间，待其干燥后进行还原，即可在待粘接材料之间通过石墨烯实现粘接。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述氧化石墨烯溶液中，氧化石墨烯片层尺寸为1um～100um，尺寸小于5um的氧化石墨烯片少于等于10％，且尺寸大于30um的氧化石墨烯片不少于65％；氧化石墨烯单层率大于80％；氧化石墨烯的浓度大于等于4mg/mL。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，还原后的石墨烯的C/O大于4:1。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述溶剂为水、乙醇、N,N-二甲基甲酰胺(DMF)等。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，待粘接材料包括高分子、金属、纸和玻璃、碳材料、陶瓷等材料，以及上述不同种材料之间的粘接。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还原方法为在80-100℃下利用氢碘酸或水合肼蒸汽进行化学还原。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还原方法为在加压或真空状态下按1℃/min升温速率缓慢升温至100-500℃热还原。
CN201710391093.9A 2017-05-27 2017-05-27 一种利用石墨烯实现材料粘接的方法 Pending CN107163861A (zh)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710391093.9A CN107163861A (zh) 2017-05-27 2017-05-27 一种利用石墨烯实现材料粘接的方法
PCT/CN2018/078765 WO2018219008A1 (zh) 2017-05-27 2018-03-13 基于石墨烯粘结的复合材料的制备方法
US16/617,531 US11542411B2 (en) 2017-05-27 2018-03-13 Method for preparing composites on basis of graphene bonding
JP2019565907A JP6952134B2 (ja) 2017-05-27 2018-03-13 グラフェン粘着に基づく複合材料の製造方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710391093.9A CN107163861A (zh) 2017-05-27 2017-05-27 一种利用石墨烯实现材料粘接的方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN107163861A true CN107163861A (zh) 2017-09-15

Family

ID=59822326

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201710391093.9A Pending CN107163861A (zh) 2017-05-27 2017-05-27 一种利用石墨烯实现材料粘接的方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN107163861A (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2018219008A1 (zh) * 2017-05-27 2018-12-06 杭州高烯科技有限公司 基于石墨烯粘结的复合材料的制备方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102775919A (zh) * 2011-05-13 2012-11-14 现代自动车株式会社 用于结合聚氨酯和铝的粘合剂
CN104130719A (zh) * 2014-08-12 2014-11-05 哈尔滨工业大学 一种氧化石墨烯导电粘结剂及其制备和使用方法
US20170073553A1 (en) * 2015-09-15 2017-03-16 Kuo-Hsin CHANG Graphene glue, its composition and using method

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102775919A (zh) * 2011-05-13 2012-11-14 现代自动车株式会社 用于结合聚氨酯和铝的粘合剂
CN104130719A (zh) * 2014-08-12 2014-11-05 哈尔滨工业大学 一种氧化石墨烯导电粘结剂及其制备和使用方法
US20170073553A1 (en) * 2015-09-15 2017-03-16 Kuo-Hsin CHANG Graphene glue, its composition and using method

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2018219008A1 (zh) * 2017-05-27 2018-12-06 杭州高烯科技有限公司 基于石墨烯粘结的复合材料的制备方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN107140619B (zh) 一种高导热的石墨烯厚膜及其制备方法
CN112566290B (zh) 一种柔性电发热膜发热层及其制备方法
CN105860939B (zh) 高导热石墨烯薄膜的制备方法及基于该薄膜的散热方法
CN106304435B (zh) 一种基于石墨烯的防水电热膜及其生产方法
CN108819360A (zh) 一种层状交替结构的石墨烯导热膜/导热硅胶膜复合材料及其制备方法
CN106947436A (zh) 一种热界面材料及其制备和应用
CN106832961B (zh) 石墨烯导热硅胶垫的制备方法
CN108192577A (zh) 一种高导热阻燃石墨烯柔性膜及其制备方法
CN107342117B (zh) 各向异性导电膜及其制作方法
CN107298438A (zh) 一种功能化改性石墨烯、其制备方法和应用
CN106867316A (zh) 一种水性石墨烯导电油墨
CN107022312A (zh) 一种氧化石墨烯粘接剂及粘接方法
CN110418443A (zh) 一种石墨烯加热垫
CN109769314A (zh) 一种柔性碳复合材料电加热膜及其应用
CN105185432A (zh) 一种多重保护的银纳米线透明导电薄膜
CN108383112A (zh) 一种高热量石墨烯发热膜及其制备方法
CN107163861A (zh) 一种利用石墨烯实现材料粘接的方法
CN109467985A (zh) 一种石墨烯油墨制备方法及制备装置
CN109971257A (zh) 一种纳米石墨烯导电油墨及其制备方法
CN103722805A (zh) 一种高导热铝基覆铜板
CN106116426B (zh) 一种亲水型吸波材料及其制备方法
CN108260233A (zh) 一种石墨烯超导远红外发热浆料
CN107624024A (zh) 一种石墨稀胶膜复合散热片及制作工艺
CN109951902A (zh) 一种石墨烯发热浆料及应用其制得的石墨烯发热膜及其制备方法
CN111393867A (zh) 一种地热专用复合地板及其制备方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20170915