CN111073550B - 一种氧化石墨烯-氨-对苯二酚导电粘结剂的制备方法 - Google Patents

一种氧化石墨烯-氨-对苯二酚导电粘结剂的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种氧化石墨烯‑氨‑对苯二酚导电粘结剂的制备方法，配制氧化石墨烯溶液作为A液；配制对苯二酚和氨水的混合液作为B液；将A液与B液混合并涂布于两导体的粘结面上，待氨水成分挥发，氧化石墨烯与对苯二酚即通过氢键形成粘性前驱体加热导体粘结面，氧化石墨烯与对苯二酚发生氧化还原反应分别生成导电性的还原氧化石墨烯与聚苯醌复合物膜，在两导体间形成导电连接。

Description

一种氧化石墨烯-氨-对苯二酚导电粘结剂的制备方法
技术领域
本发明涉及纳米材料技术领域，尤其是指一种导电粘结剂的制备方法，特别是涉及一种氧化石墨烯-氨-对苯二酚导电粘结剂的制备方法。
背景技术
石墨烯是由碳元素构成的二维材料，经氧化修饰后得到易溶于水的氧化石墨烯，后者可在一定条件下失去氧化基团重新转变为石墨烯，因此，具有一定的还原性。氧化石墨烯还原后，其导电性将上升，但机械强度低下，容易从表面脱落。有人通过水热法得到了还原氧化石墨烯与聚氢醌的复合物（Chen L, Wu J, Zhang A, et al. One-step synthesisof polyhydroquinone–graphene hydrogel composites for high performancesupercapacitors[J]. Journal of Materials Chemistry A, 2015, 3(31): 16033-16039.），发现其与单纯的还原氧化石墨烯相比，机械强度有所提高。
中国专利CN2014103935504公布了直接以氧化石墨烯溶液作为导电粘结剂的技术路线，但其需要在完成石墨烯与工件的粘结后再加入还原剂对氧化石墨烯进行还原，或者加强热还原，使用不方便。
发明内容
针对氧化石墨烯导电粘结剂在完成工件的粘结后难以还原的问题，本发明目的在于提供一种氧化石墨烯-氨-对苯二酚导电粘结剂的制备方法。
本发明目的通过下述方案实现：一种氧化石墨烯-氨-对苯二酚导电粘结剂的制备方法，包括如下步骤：
（1）配制10 mg mL-1氧化石墨烯水溶液作为A液；
（2）配制对苯二酚的水溶液并加入氨水，使对苯二酚浓度为2 mg mL-1、氨水浓度为2.5 mg mL-1作为B液；
（3）在室温下将A液与B液混合，充分搅拌后置于空气中，待溶剂水充分挥发后将混合液涂抹于待粘结的导体界面上，压紧界面；
（4）将（3）中获得的粘结面加热至60℃并保持压紧状态，完成导体的导电性粘结。
步骤（1）所述的氧化石墨烯由改进的Hummers法制备，富含含氧基团，并通过透析除去多余的酸。
优选的，步骤（1）所述氧化石墨烯通过改进的Hummers法制备，并以14000 Da 透析膜透析24小时。
步骤（1）中，配制10 mg mL-1氧化石墨烯水溶液作为A液，室温下将100 mg氧化石墨烯粉末溶解于10mL纯水中，用机械搅拌桨搅拌30 min，将该胶体封入14000 Da透析袋中透析24 h。
步骤（2）中B液配配制：将20 mg研细的对苯二酚溶解于10 mL纯水中，加入100 μL25%浓氨水，搅拌使对苯二酚溶解。
步骤（3）中，A液与B液按质量比10：1混合，并用玻璃棒充分搅匀，该混合液在常温密封避光条件下可保存1周。
氧化石墨烯可与对苯二酚通过氢键生成凝胶复合物，使粘结剂发生絮凝，而B液中的氨水可吸收氢离子，避免絮凝的发生。待溶剂水充分挥发后将混合液涂抹于待粘结的导体界面上，压紧界面。
（4）将（3）中获得的粘结体加热并保持压紧状态，此时氨水逸出，氧化石墨烯与对苯二酚形成氢键粘结。同时，两者发生氧化还原反应分别生成还原氧化石墨烯与聚苯醌，完成工件间的导电粘结。
本发明原理如图1所示，将A液与B液混合，则A液中的氧化石墨烯与B液中的对苯二酚铵盐中的NH4 +除去水分并加热条件下，氨部分挥发，平衡移动在氧化石墨烯与对苯二酚间形成氢键网络，继续加热，形成还原氧化石墨烯-聚对苯醌凝胶。
其中，步骤（1）与步骤（2）所得A液与B液均在室温环境中稳定，可在密封与避光的状态下长期保存。
步骤（3）所得混合液在常温下短期内仍较为稳定，只在加热条件下发生不可逆的化学反应。
该导电剂包含的还原剂对苯二酚，在参与反应后也生成导电性的高分子，因而原子利用率较高。
氧化石墨烯与对苯二酚即通过氢键形成粘性前驱体加热导体粘结面，氧化石墨烯与对苯二酚发生氧化还原反应分别生成导电性的还原氧化石墨烯与聚苯醌复合物膜，在两导体间形成导电连接。
本粘结剂自身即含有用于还原氧化石墨烯的成分，无需另外加入还原剂。本粘结剂使用的还原剂对苯二酚在还原过程中生成导电高分子聚苯醌，进一步强化了粘结效果。
附图说明
图1，A液中氧化石墨烯与B液对苯二酚混合反应机理示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法。下述实施例中所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。
实施例1
一种氧化石墨烯-氨-对苯二酚导电粘结剂，按如下步骤制备：
（1）配制10 mg mL-1氧化石墨烯水溶液作为A液，室温下将100 mg氧化石墨烯粉末溶解于10mL纯水中，用机械搅拌桨搅拌30 min，将该胶体封入14000 Da透析袋中透析24 h，记为A液；
（2）配制对苯二酚的水溶液并加入氨水，使对苯二酚浓度为2 mg mL-1、氨水浓度为2.5 mg mL-1作为B液，将20 mg研细的对苯二酚溶解于10 mL纯水中，加入100 μL 25%浓氨水，搅拌使对苯二酚溶解，记为B液；
（3）氧化石墨烯-氨-对苯二酚导电粘结剂的配制，在室温下将A液与B液混合，充分搅拌后置于空气中，待溶剂水充分挥发后将混合液涂抹于待粘结的导体界面上，压紧界面，依序为：
第一步、依次用1 mol L-1盐酸、超纯水与95%乙醇溶液冲洗石墨电极的待粘结面。
第二步、将适量（依粘结面积定，每平方厘米0.1 g）的A液涂布于待粘结的面上，滴加1/10质量的B液并用玻璃棒小心搅拌。将待粘结面竖直向上放置直至其表面的混合液中的水分蒸发完毕，将另一个待粘结面按压在其上，将两个面压紧，擦去多余的粘结剂；
（4）将（3）中获得的粘结面加热至60℃并保持压紧状态下烘干1 h，完成导体的导电性粘结。
实施例2
一种氧化石墨烯-氨-对苯二酚导电粘结剂，与实施例1近似，按如下步骤：
（1）配制10 mg mL-1氧化石墨烯水溶液作为A液，即：室温下将100 mg氧化石墨烯粉末溶解于10mL纯水中，用机械搅拌桨搅拌30 min。将该胶体封入14000 Da透析袋中透析24h，记为A液；
（2）配制对苯二酚的水溶液并加入氨水，使对苯二酚浓度为2 mg mL-1、氨水浓度为2.5 mg mL-1作为B液，依序为：将20 mg研细的对苯二酚溶解于10 mL纯水中，加入100 μL25%浓氨水，搅拌使对苯二酚溶解，记为B液；
（3）氧化石墨烯-氨-对苯二酚导电粘结剂的配制：在室温下将A液与B液混合，充分搅拌后置于空气中，待溶剂水充分挥发后将混合液涂抹于待粘结的导体界面上，压紧界面，按下述步骤：
第一步、将10 mL A液与1 mL B液混合，并用玻璃棒充分搅匀，该混合液在常温密封避光条件下可保存1周。
第二步、依次用1 mol L-1盐酸、超纯水与95%乙醇溶液冲洗铜片的待粘结面。
第三步、将第一步中得到的AB混合液（每平方厘米待粘结面0.1g）置于玻璃板上，待大部分水分蒸发后（该步骤是为了减少氨水腐蚀铜表面），用玻璃棒涂布于铜片表面，压紧待粘结的铜片表面；
（4）热处理：将步骤（3）中获得的粘结面置于鼓风烘箱中，加热至60℃并保持压紧状态，烘干1 h完成导体的导电性粘结。
上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。

Claims (4)

1.一种氧化石墨烯-氨-对苯二酚导电粘结剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）配制10 mg mL-1氧化石墨烯水溶液作为A液；
（2）配制对苯二酚的水溶液并加入氨水，使对苯二酚浓度为2 mg mL-1、氨水浓度为2.5mg mL-1作为B液；
（3）在室温下将A液与B液混合，充分搅拌后置于空气中，待溶剂水充分挥发后将混合液涂抹于待粘结的导体界面上，压紧界面；
（4）将（3）中获得的粘结面加热至60℃并保持压紧状态，完成导体的导电性粘结；其中
A液与B液按质量比10：1混合，并用玻璃棒充分搅匀，该混合液在常温密封避光条件下可保存1周。
2.根据权利要求1所述的氧化石墨烯-氨-对苯二酚导电粘结剂的制备方法，其特征在于，步骤（1）所述的氧化石墨烯由改进的Hummers法制备，富含含氧基团，并以14000 Da 透析膜透析24小时，除去多余的酸。
3.根据权利要求1或2所述的氧化石墨烯-氨-对苯二酚导电粘结剂的制备方法，其特征在于，步骤（1）中，配制10 mg mL-1氧化石墨烯水溶液作为A液，室温下将100 mg氧化石墨烯粉末溶解于10mL纯水中，用机械搅拌桨搅拌30 min，将该胶体封入14000 Da透析袋中透析24 h。
4.根据权利要求1所述的氧化石墨烯-氨-对苯二酚导电粘结剂的制备方法，其特征在于，步骤（2）中B液配配制：将20 mg研细的对苯二酚溶解于10 mL纯水中，加入100 μL 25%浓氨水，搅拌使对苯二酚溶解。
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