[发明专利]Ag/石墨烯纳米导电复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于复合材料技术领域，涉及一种贵金属纳米粒子/石墨烯纳米导电复合材料，尤其涉及一种以石墨烯为主体，以纳米银粒子为掺杂相的导电复合材料。本发明同时还涉及该Ag/石墨烯纳米导电复合材料的制备方法。

背景技术

2004年，英国曼彻斯特大学的安德烈·K·海姆(Andre K.Geim)研究小组发现并成功制备出了石墨烯，从此拉开了二维碳质材料研究的序幕，引起了全球新的研究热潮。

纳米级粒子具有量子尺寸效应、小尺寸效应、表面效应和宏观量子隧道效应，因而展现出许多特有的性质，在导电、催化、光吸收、医药、磁介质及新材料等方面有广阔的应用前景。但是，当粒子尺寸进入纳米级时，由于纳米级粒子存在大的比表面积，容易发生局部团聚，严重制约了纳米粒子的性能。

石墨烯是拥有sp²杂化轨道的二维碳原子晶体，碳原子排列与石墨的单原子层一样，是目前世界上最薄的单原子厚度的碳质新材料，厚度只有0.355nm，仅为头发的20万分之一，是构建其他维数炭质材料的基础。二维石墨烯材料中的电子行为与三维材料截然不同，无法用传统的量子力学加以解释，而必须运用更为复杂的相对论量子力学来阐释，也就是说石墨烯中的电子(或称为“载荷子”)的性质和相对论性的中微子非常相似。这也就是其电子的运动速度达到光速的1/300的原因。重要的是，石墨烯独特的蜂窝状结构以及其光通透性能，使其成为新型材料制备的基体。氧化后的石墨烯，其表面存在的大量含氧基团，为其它粒子的结合提供了有效位点；石墨烯当中又有富含电子的π-π共轭作用，为金属粒子的静电吸附提供了可能。当纳米级粒子与石墨烯复合时，这些位点及这种吸附就能有效地阻止纳米级粒子的团聚。因此，以石墨烯为基体的二相和三相材料应运而生，为多功能材料的发展开辟了新的领域。

发明内容

本发明的目的是提供一种Ag/石墨烯纳米导电复合材料。

本发明的另一目的是提供一种Ag/石墨烯纳米导电复合材料的制备方法。

本发明Ag/石墨烯纳米导电复合材料的制备方法，是将氧化石墨在水中超声分1～2小时，加入硝酸银固体，继续超声25～30min，升温至70～80℃，加入硼氢化钠回流反应1～2小时，趁热过滤，洗涤，干燥，研磨，得到Ag/石墨烯纳米导电复合材料。

所述氧化石墨与硝酸银固体的质量比为1∶0.01～1∶0.12。

所述硼氢化钠与氧化石墨的质量比为1∶0.15～1∶0.05。

本发明的Ag/石墨烯纳米导电复合材料中，纳米银粒子均匀分散于石墨烯中，并与石墨烯形成了导电网络。

复合材料中纳米银粒子与石墨烯的质量比为1∶100～1∶10，复合材料的导电率为1.61～2.89S/cm。

所述纳米银粒子的粒径为6～7nm；石墨烯的厚度为0.8～1nm。

下面通过FT-IR光谱图、TEM电镜、SEM电镜、TG曲线对本发明制备的Ag/石墨烯纳米导电复合材料的结构和性能进行表征和测试。

1、FT-IR谱图分析

图1是石墨、氧化石墨、石墨烯、Ag/石墨烯纳米复合材料的FT-IR谱图。其中，(a)为石墨图谱，(b)为氧化石墨图谱，图(c)是石墨烯的谱图，(d)是Ag/石墨烯纳米复合材料的图谱。图(b)中，1055cm^-1为C-O的伸缩振动峰，1404cm^-1为-OH的面内弯曲振动峰，1728cm^-1为羧基中C＝O的伸缩振动峰，3440cm^-1为-OH的伸缩振动峰。图(c)的谱图与图(a)的谱图基本一致，这说明还原得到的石墨烯，基本恢复了原来的共轭结构。通过比较，发现图复合材料的谱图与石墨烯的基本一致，说明在复合过程中，纳米Ag粒子与石墨烯没有形成化学键，故没有出现新的基团的特征吸收峰，也没有基团峰的移动，这就表明纳米Ag粒子与石墨烯之间的相互作用是物理吸附。

2.电镜分析

图2是石墨烯的TEM照片。可以看出光能部分透过它的片层，说明石墨烯在厚度方向上很薄。同时还可观察到石墨烯片层各部分区域颜色深浅不一，透光性不尽相同，片层上端颜色明显较下端浅，这说明制得的石墨烯不全是单片层结构，而是由几个单片层叠加而成。

图3是Ag/石墨烯的TEM照片。其中的黑色点状颗粒为纳米银粒子。从图中可以清晰地看到纳米银粒子粒径均匀，并且十分均匀的分散在石墨烯当中。测得纳米银粒子的粒径为6～7nm。