CN113881123A - 一种基于石墨烯超级导电复合材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于墨烯复合材料技术领域，具体涉及一种基于石墨烯超级导电复合材料，其原材料组成和相应重量份数为：石墨烯10‑20份、聚乙烯5‑10份、聚苯乙烯5‑10份、十八胺1‑3份，将石墨烯与高密度聚乙烯在乙醇溶液中进行共混，共混过程中，乙醇不断挥发，使得石墨烯包覆在高密度聚乙烯粒子的表面，随后加入十八胺对石墨烯进行改性，改善石墨烯与聚苯乙烯之间的亲和性，最后加入聚苯乙烯，乙醇不断挥发，最后所制备的共混体系具有较好导电性同时又易于加工，其中石墨烯、高密度聚乙烯及聚苯乙烯均为粉末状态，更加适合于共混，乙醇溶液的质量分数选择在50％‑60％，起到溶剂作用同时，可保持最后的共混体系乙醇残留少，不影响复合材料的综合性能。
Description
技术领域
本发明涉及石墨烯复合材料技术领域，具体领域为一种基于石墨烯超级导电复合材料及其制备方法。
背景技术
石墨烯被发现以来，构建了从零维的富勒烯、一维的碳纳米管、二维的石墨烯到三维的金刚石和石墨的完整碳家族体系。石墨烯是由sp2杂化的碳原子以紧密堆积的方式排列而成的二维蜂窝状晶体，其基本的结构单元为6个C原子构成的正六边形晶格环，其中每个碳原子通过σ键与邻近的三个碳原子相连，连接非常牢固，从而使得石墨烯具有极高的结构稳定性。同时，每个碳原子都贡献出一个未成键的π电子在垂直平面方向形成π轨道，该π电子可在石墨烯平面内自由迁移，从而使得石墨烯具有优异的导电性。单层石墨烯厚度仅为0.34nm,是目前已知的最薄的二维材料。同时，石墨烯也是构建其他碳材料的基本单元。由于石墨烯具有单原子层二维结构，使其具有许多奇特而优异的性能。例如石墨烯在室温下的载流子迁移率比硅片迁移率高。石墨烯同时具有优异的力学和热学性能。由于石墨烯具有优异的导电性能及大的比表面积，可与绝缘聚合物基体复合制备聚合物基石墨烯导电复合材料。该材料既有优异的导电性能，又具有良好的可加工性，因此受到科研人员的广泛关注。然而，石墨烯/聚合物复合材料导电性能很大程度上取决于石墨烯在聚合物基体中的分散程度，现有的石墨烯/聚合物复合材料由于石墨烯不能均匀分散而影响其导电性能，为此提出一种基于石墨烯超级导电复合材料及其制备方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于石墨烯超级导电复合材料及其制备方法以解决上述背景技术中提到的技术问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种基于石墨烯超级导电复合材料，其原材料组成和相应重量份数为：石墨烯10-20份、聚乙烯5-10份、聚苯乙烯5-10份、十八胺1-3份。
优选的，其原材料组成和相应重量份数为：石墨烯12-16份、聚乙烯7-9份、聚苯乙烯7-9份、十八胺1-3份。
优选的，其原材料组成和相应重量份数为：石墨烯15份、聚乙烯8份、聚苯乙烯8份、十八胺2份。
一种基于石墨烯超级导电复合材料制备方法，其制备方法包括如下步骤：
步骤1：将石墨烯分散于乙醇溶液中，向溶液中加入高密度聚乙烯粉末，加热乙醇溶液，同时对乙醇溶液进行搅拌，加热温度为40-50℃，当乙醇溶液在加热过程中挥发过半时，加入十八胺晶体，继续搅拌使其溶于乙醇溶液中；
步骤2：向步骤1中加入聚苯乙烯粉末，搅拌并保持乙醇溶液温度为40-50℃不变，乙醇溶液继续挥发，至溶液混合物呈凝胶状态，停止加热；
步骤3：将步骤2制备的凝胶物热压成型即可得到基于石墨烯超级导电复合材料。
优选的，乙醇溶液质量分数为50％-60％。
优选的，高密度聚乙烯粉末和聚苯乙烯粉末粒径为100-150目。
优选的，石墨烯为粉末状，粉末状石墨烯粒径为170-200目。
本发明的有益效果是：本发明一种基于石墨烯超级导电复合材料，将石墨烯与高密度聚乙烯在乙醇溶液中进行共混，共混过程中，乙醇不断挥发，使得石墨烯包覆在高密度聚乙烯粒子的表面，随后加入十八胺对石墨烯进行改性，改善石墨烯与聚苯乙烯之间的亲和性，最后加入聚苯乙烯，乙醇不断挥发，最后所制备的共混体系具有较好导电性同时又易于加工，其中石墨烯、高密度聚乙烯及聚苯乙烯均为粉末状态，更加适合于共混，乙醇溶液的质量分数选择在50％-60％，起到溶剂作用同时，可保持最后的共混体系乙醇残留少，不影响复合材料的综合性能。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1：
步骤1：将粉末状石墨烯10份分散于质量分数为50％乙醇溶液中，向溶液中加入高密度聚乙烯粉末5份，加热乙醇溶液，同时对乙醇溶液进行搅拌，加热温度为40℃，当乙醇溶液在加热过程中挥发过半时，加入十八胺晶体1份，继续搅拌使其溶于乙醇溶液中；
步骤2：向步骤1中加入聚苯乙烯粉末5份，搅拌并保持乙醇溶液温度为40℃不变，乙醇溶液继续挥发，至溶液混合物呈凝胶状态，停止加热；
步骤3：将步骤2制备的凝胶物热压成型即可得到基于石墨烯超级导电复合材料。
其中：高密度聚乙烯粉末粒径为100目，聚苯乙烯粉末粒径为100目，粉末状石墨烯粒径为170目。
室温下，该材料导电率：60S/m。
实施例2：
步骤1：将粉末状石墨烯11份分散于质量分数为50％乙醇溶液中，向溶液中加入高密度聚乙烯粉末6份，加热乙醇溶液，同时对乙醇溶液进行搅拌，加热温度为45℃，当乙醇溶液在加热过程中挥发过半时，加入十八胺晶体2份，继续搅拌使其溶于乙醇溶液中；
步骤2：向步骤1中加入聚苯乙烯粉末6份，搅拌并保持乙醇溶液温度为45℃不变，乙醇溶液继续挥发，至溶液混合物呈凝胶状态，停止加热；
步骤3：将步骤2制备的凝胶物热压成型即可得到基于石墨烯超级导电复合材料。
其中：高密度聚乙烯粉末粒径为100目，聚苯乙烯粉末粒径为100目，粉末状石墨烯粒径为170目。
室温下，该材料导电率：63S/m。
实施例3：
步骤1：将粉末状石墨烯12份分散于质量分数为50％乙醇溶液中，向溶液中加入高密度聚乙烯粉末7份，加热乙醇溶液，同时对乙醇溶液进行搅拌，加热温度为45℃，当乙醇溶液在加热过程中挥发过半时，加入十八胺晶体2份，继续搅拌使其溶于乙醇溶液中；
步骤2：向步骤1中加入聚苯乙烯粉末7份，搅拌并保持乙醇溶液温度为45℃不变，乙醇溶液继续挥发，至溶液混合物呈凝胶状态，停止加热；
步骤3：将步骤2制备的凝胶物热压成型即可得到基于石墨烯超级导电复合材料。
其中：高密度聚乙烯粉末粒径为100目，聚苯乙烯粉末粒径为100目，粉末状石墨烯粒径为170目。
室温下，该材料导电率：66S/m。
实施例4：
步骤1：将粉末状石墨烯15份分散于质量分数为50％乙醇溶液中，向溶液中加入高密度聚乙烯粉末8份，加热乙醇溶液，同时对乙醇溶液进行搅拌，加热温度为50℃，当乙醇溶液在加热过程中挥发过半时，加入十八胺晶体2份，继续搅拌使其溶于乙醇溶液中；
步骤2：向步骤1中加入聚苯乙烯粉末8份，搅拌并保持乙醇溶液温度为50℃不变，乙醇溶液继续挥发，至溶液混合物呈凝胶状态，停止加热；
步骤3：将步骤2制备的凝胶物热压成型即可得到基于石墨烯超级导电复合材料。
其中：高密度聚乙烯粉末粒径为120目，聚苯乙烯粉末粒径为120目，粉末状石墨烯粒径为200目。
室温下，该材料导电率：69S/m。
实施例5：
步骤1：将粉末状石墨烯16份分散于质量分数为60％乙醇溶液中，向溶液中加入高密度聚乙烯粉末9份，加热乙醇溶液，同时对乙醇溶液进行搅拌，加热温度为50℃，当乙醇溶液在加热过程中挥发过半时，加入十八胺晶体2份，继续搅拌使其溶于乙醇溶液中；
步骤2：向步骤1中加入聚苯乙烯粉末9份，搅拌并保持乙醇溶液温度为50℃不变，乙醇溶液继续挥发，至溶液混合物呈凝胶状态，停止加热；
步骤3：将步骤2制备的凝胶物热压成型即可得到基于石墨烯超级导电复合材料。
其中：高密度聚乙烯粉末粒径为100目，聚苯乙烯粉末粒径为100目，粉末状石墨烯粒径为170目。
室温下，该材料导电率：63S/m。
实施例6：
步骤1：将粉末状石墨烯20份分散于质量分数为60％乙醇溶液中，向溶液中加入高密度聚乙烯粉末10份，加热乙醇溶液，同时对乙醇溶液进行搅拌，加热温度为50℃，当乙醇溶液在加热过程中挥发过半时，加入十八胺晶体3份，继续搅拌使其溶于乙醇溶液中；
步骤2：向步骤1中加入聚苯乙烯粉末10份，搅拌并保持乙醇溶液温度为50℃不变，乙醇溶液继续挥发，至溶液混合物呈凝胶状态，停止加热；
步骤3：将步骤2制备的凝胶物热压成型即可得到基于石墨烯超级导电复合材料。
其中：高密度聚乙烯粉末粒径为100目，聚苯乙烯粉末粒径为100目，粉末状石墨烯粒径为170目。
室温下，该材料导电率：65S/m。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (7)
1.一种基于石墨烯超级导电复合材料，其特征在于：其原材料组成和相应重量份数为：石墨烯10-20份、聚乙烯5-10份、聚苯乙烯5-10份、十八胺1-3份。
2.根据权利要求1所述的一种基于石墨烯超级导电复合材料，其特征在于：其原材料组成和相应重量份数为：石墨烯12-16份、聚乙烯7-9份、聚苯乙烯7-9份、十八胺1-3份。
3.根据权利要求2所述的一种基于石墨烯超级导电复合材料，其特征在于：其原材料组成和相应重量份数为：石墨烯15份、聚乙烯8份、聚苯乙烯8份、十八胺2份。
4.一种基于石墨烯超级导电复合材料制备方法，其特征在于：其制备方法包括如下步骤：
步骤1：将石墨烯分散于乙醇溶液中，向溶液中加入高密度聚乙烯粉末，加热乙醇溶液，同时对乙醇溶液进行搅拌，加热温度为40-50℃，当乙醇溶液在加热过程中挥发过半时，加入十八胺晶体，继续搅拌使其溶于乙醇溶液中；
步骤2：向步骤1中加入聚苯乙烯粉末，搅拌并保持乙醇溶液温度为40-50℃不变，乙醇溶液继续挥发，至溶液混合物呈凝胶状态，停止加热；
步骤3：将步骤2制备的凝胶物热压成型即可得到基于石墨烯超级导电复合材料。
5.根据权利要求4所述的一种基于石墨烯超级导电复合材料制备方法，其特征在于：乙醇溶液质量分数为50％-60％。
6.根据权利要求4所述的一种基于石墨烯超级导电复合材料制备方法，其特征在于：高密度聚乙烯粉末和聚苯乙烯粉末粒径为100-150目。
7.根据权利要求4所述的一种基于石墨烯超级导电复合材料制备方法，其特征在于：石墨烯为粉末状，粉末状石墨烯粒径为170-200目。
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Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 李文娟: ""氧化石墨烯的修饰和还原及其导电纳米复合材料"", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库 工程科技I辑》 * |
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