CN110818926A - 一种石墨烯/聚合物复合导电薄膜及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种石墨烯/聚合物复合导电薄膜及其制备方法，所述石墨烯/聚合物复合导电薄膜的制备方法，包括以下步骤：(1)将聚合物基体与溶剂混合配置成溶液，形成第一混合溶液；(2)将石墨烯加入到等体积的同种溶剂中，超声处理使石墨烯片层分散，随后将分散好的石墨烯悬浮液倒入第一混合溶液中，搅拌，形成第二混合溶液；(3)在真空下对第二混合溶液进行真空除泡后，将其涂敷在各类基底上，在常温常压下干燥形成石墨烯/聚合物复合导电薄膜。通过该方法制备的石墨烯/聚合物薄膜具有良好的导电性，且能与多种基底紧密结合。

Description

一种石墨烯/聚合物复合导电薄膜及其制备方法
技术领域
本发明涉及新型电子元器件领域，尤其是一种石墨烯/聚合物复合导电薄膜及其制备方法。
背景技术
传统应用在印刷电路、膜片开关、电容器、电极等电子元器件的导电膜层大部分都是由金属导电浆料印刷在基底材料上固化后形成的，如银浆、铜浆；但使用银浆和铜浆的缺点分别是高成本和易被氧化。
石墨烯因其超高的电子迁移率、优异的机械强度和化学稳定性受到了广泛的关注，市场上也已经出现了很多石墨烯代替金属导电浆料在电子元器件上的应用。但如何将石墨烯做成二维的导电薄膜材料是进一步推进石墨烯在这些方面应用的研究重点。目前化学气相沉积法(CVD)是制备石墨烯薄膜最有效的方法，但尚不完善的工艺和居高不下的制造成本使得石墨烯/聚合物导电薄膜无法实现批量生产。
因此需要发展一种工艺简单、成本低、效率高的石墨烯/聚合物复合导电薄膜的制造方法。
发明内容
本发明针对现有石墨烯/聚合物导电膜制备技术的不足，提供了一种石墨烯/聚合物复合导电薄膜及其制备方法，通过该方法制备的石墨烯/聚合物薄膜具有良好的导电性，且能与多种基底紧密结合。
为实现上述目的，本发明提供的技术方案是：一种石墨烯/聚合物复合导电薄膜的制备方法，包括以下步骤：
(1)将聚合物基体与溶剂混合配置成溶液，形成第一混合溶液；
(2)将石墨烯加入到等体积的同种溶剂中，超声处理使石墨烯片层分散，随后将分散好的石墨烯悬浮液倒入第一混合溶液中，搅拌，形成第二混合溶液；
(3)在真空下对第二混合溶液进行真空除泡后，将其涂敷在各类基底上，在常温常压下干燥形成石墨烯/聚合物复合导电薄膜。
所述的聚合物基体包括聚氨酯(PU)、有机聚膦腈聚合物、聚乙烯醇缩丁醛(PVB)和/或乙基纤维素(EC)。
所述的溶剂包括水、无水乙醇、丙酮和/或四氢呋喃。
所述聚合物基体与溶剂的质量体积比为0.0444-0.2g/mL。
所述石墨烯与聚合物基体的质量比为0.5-5。
所述步骤(2)中超声处理时间为30min。
所述步骤(2)中搅拌时间为30min。
所述步骤(3)中真空的真空度为70-90KPa。
所述步骤(3)中真空除泡时间为15min。
所述步骤(3)中基底为铝箔、铜箔、玻璃和/或聚四氟乙烯。
一种石墨烯/聚合物复合导电薄膜，其特征在于，通过权利要求1-9任一所述的制备方法制备而得。
本发明与现有技术相比，具有以下优点：
本发明通过溶液共混法制得石墨烯/聚合物导电薄膜，方法简单，操作方便，对工艺和设备的要求低；所用的的原料廉价易得，且不消耗大量能源，制造成本低，可实现大批量工业化生产；所使用的溶剂和聚合物基体分别具有快干和粘附性强的优点，可在各种基底表面形成致密、与基底结合牢固、低电阻(膜厚约为0.1mm，方阻可低至25Ω/□)的石墨烯复合导电薄膜，在印刷电路、新能源电池等领域中有广阔应用前景。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明的权利要求做进一步的详细说明，但不构成对本发明的任何限制。
实施例1
将PVB溶于无水乙醇中，配成浓度为0.1g/mL的PVB乙醇溶液，在90KPa的真空度下对其进行真空除泡15min，最后将除完泡的悬浮液涂覆在聚四氟乙烯基底上，在常温常压下干燥形成纯的PVB薄膜，干燥后较容易脱落，其方阻为∞。
实施例2
将PVB溶于无水乙醇中，配成浓度为0.1g/mL的PVB乙醇溶液，同时取0.5倍PVB质量的石墨烯分散在相同体积的无水乙醇中超声处理30min，随后将分散好的石墨烯悬浮液倒入到PVB乙醇溶液中进行机械搅拌30min，分散均匀后在90KPa的真空度下对混合悬浮液进行真空除泡15min，最后将除完泡的悬浮液涂覆在玻璃上，在常温常压下干燥形成石墨烯-PVB复合导电薄膜，薄膜与玻璃紧密结合，其方阻约为2333Ω/□。
实施例3
将PVB溶于无水乙醇中，配成浓度为0.1333g/mL的PVB乙醇溶液，同时取1倍PVB质量的石墨烯分散在相同体积的无水乙醇中超声处理30min，随后将分散好的石墨烯悬浮液倒入到PVB乙醇溶液中进行机械搅拌30min，分散均匀后在90KPa的真空度下对混合悬浮液进行真空除泡15min，最后将除完泡的悬浮液涂覆在铝箔上，在常温常压下干燥形成石墨烯-PVB复合导电薄膜，薄膜与铝箔紧密结合，其方阻约为158Ω/□。
实施例4
将PVB溶于丙酮中，配成浓度为0.0889g/mL的PVB丙酮溶液，同时取2倍PVB质量的石墨烯分散在相同体积的丙酮中超声处理30min，随后将分散好的石墨烯悬浮液倒入到PVB丙酮溶液中进行机械搅拌30min，分散均匀后在90KPa的真空度下对混合悬浮液进行真空除泡15min，最后将除完泡的悬浮液涂覆在聚四氟乙烯基底上，在常温常压下干燥形成石墨烯-PVB复合导电薄膜，干燥后较容易脱落，其方阻约为25Ω/□。
实施例5
将乙基纤维素溶于无水乙醇中，配成浓度为0.0667g/mL的乙基纤维素乙醇溶液，同时取3倍乙基纤维素质量的石墨烯分散在相同体积的无水乙醇中超声处理30min，随后将分散好的石墨烯悬浮液倒入到乙基纤维素乙醇溶液中进行机械搅拌30min，分散均匀后在90KPa的真空度下对混合悬浮液进行真空除泡15min，最后将除完泡的悬浮液涂覆在聚四氟乙烯基底上，在常温常压下干燥形成石墨烯-乙基纤维素复合导电薄膜，干燥后较容易脱落，其方阻约为53Ω/□。
实施例6
将聚氨酯溶于丙酮中，配成浓度为0.0533g/mL的聚氨酯丙酮溶液，同时取4倍聚氨酯质量的石墨烯分散在相同体积的丙酮中超声处理30min，随后将分散好的石墨烯悬浮液倒入到聚氨酯丙酮溶液中进行机械搅拌30min，分散均匀后在90KPa的真空度下对混合悬浮液进行真空除泡15min，最后将除完泡的悬浮液涂覆在聚四氟乙烯基底上，在常温常压下干燥形成石墨烯-聚氨酯复合导电薄膜，干燥后较容易脱落，其方阻约为51Ω/□。
实施例7
将有机聚膦腈聚合物溶于四氢呋喃中，配成浓度为0.0444g/mL的有机聚膦腈聚合物四氢呋喃溶液，同时取5倍有机聚膦腈聚合物质量的石墨烯分散在相同体积的四氢呋喃中超声处理30min，随后将分散好的石墨烯悬浮液倒入到有机聚膦腈聚合物四氢呋喃溶液中进行机械搅拌30min，分散均匀后在90KPa的真空度下对混合悬浮液进行真空除泡15min，最后将除完泡的悬浮液涂覆在聚四氟乙烯基底上，在常温常压下干燥形成石墨烯-有机聚膦腈聚合物复合导电薄膜，干燥后较容易脱落，其方阻约为32Ω/□。

Claims (10)

1.一种石墨烯/聚合物复合导电薄膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将聚合物基体与溶剂混合配置成溶液，形成第一混合溶液；
(2)将石墨烯加入到等体积的同种溶剂中，超声处理使石墨烯片层分散，随后将分散好的石墨烯悬浮液倒入第一混合溶液中，搅拌，形成第二混合溶液；
(3)在真空下对第二混合溶液进行真空除泡后，将其涂敷在各类基底上，在常温常压下干燥形成石墨烯/聚合物复合导电薄膜。
2.根据权利要求1所述石墨烯/聚合物复合导电薄膜的制备方法，其特征在于，所述的聚合物基体包括聚氨酯、有机聚膦腈聚合物、聚乙烯醇缩丁醛和/或乙基纤维素。
3.根据权利要求1所述石墨烯/聚合物复合导电薄膜的制备方法，其特征在于，所述的溶剂包括水、无水乙醇、丙酮和/或四氢呋喃。
4.根据权利要求1-3任一所述石墨烯/聚合物复合导电薄膜的制备方法，其特征在于，所述聚合物基体与溶剂的质量体积比为0.0444-0.2g/mL。
5.根据权利要求1所述石墨烯/聚合物复合导电薄膜的制备方法，其特征在于，所述石墨烯与聚合物基体的质量比为0.5-5。
6.根据权利要求1所述石墨烯/聚合物复合导电薄膜的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中超声处理时间为30min。
7.根据权利要求1所述石墨烯/聚合物复合导电薄膜的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中搅拌时间为30min。
8.根据权利要求1所述石墨烯/聚合物复合导电薄膜的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中真空的真空度为70-90KPa。
9.根据权利要求1所述石墨烯/聚合物复合导电薄膜的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中基底为铝箔、玻璃和/或聚四氟乙烯。
10.一种石墨烯/聚合物复合导电薄膜，其特征在于，通过权利要求1-9任一所述的制备方法制备而得。
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