[发明专利]含石墨烯的多功能复合纸及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种含石墨烯的多功能复合纸及其制备方法和应用，具体是普通植物纤维中含石墨烯的一种导电功能复合纸，属于复合材料制备技术领域。

背景技术

具有导电性能的多功能纸可用于防静电包装、电磁屏蔽、导电导热材料和电极材料，发展具有电场发射、传感功能、信息储存等特殊功能的纸，用于电子标签和智能卡片等领域。高柔性、高导电、具有电化学活性或其它多功能特性的纸可用于发展新型的柔性、可折叠、可卷曲的电子器件，如显示屏、传感器和超电容、锂离子电池等储能器件。石墨烯具有二维石墨层的新型纳米材料，具有高比表面积和可功能化表面，具有高柔性、高强度、高导电、高导热、导体和半导体等优异的结构、力学和电学特性，是发展新型多功能纸的理想活性材料。

发明内容

本发明的目的在于提供一种含石墨烯的多功能复合纸及其制备方法和应用。将石墨烯与植物纤维混合成浆料，经过滤和干燥制得具有导电和电化学功能的石墨烯和植物纤维复合纸。该复合纸具有轻型、高强、高柔性、耐浸蚀、高导电和高电化学活性等性能，可用于防静电包装、电磁屏蔽、电子标签、超电容、锂离子电池和传感器等领域。制备该多功能复合纸的过程类似于传统造纸工艺，过程简单易控，所用的主要原料植物纤维来源广泛，且价格低廉，适合规模化生产。

本发明提供的一种含石墨烯的多功能复合纸是以石墨烯和植物纤维为原料制成，其中，石墨烯的质量分数0.5-15％。制备方法：将石墨烯与植物纤维通过浆料混合、过滤和干燥，制成复合纸。所述的石墨烯含1-10石墨层的片层结构的纳米碳；所述的植物纤维来源于木材类或草本类植物。

所述的复合纸具有石墨烯包裹的植物纤维、石墨烯分布于植物纤维表面或石墨烯分散于植物纤维间等结构特征。

所述的石墨烯是用酸氧化石墨制备的含一定氧的氧化石墨烯，也可以是化学或加热还原后除去氧的石墨烯。

本发明提供的一种含石墨烯的多功能复合纸的制备方法包括以下步骤：

1)按普通制备方法得到植物纤维纸浆溶液；

2)将由石墨烯或氧化石墨烯加入到含表面活性剂(5mM)的水或乙醇溶剂的溶液中超声1-3小时(超声功率45W，超声频率80kW)，得到石墨烯分散液(0.1-2.0mg/ml)；

3)加入植物纤维浆料均匀混合，100-800rmp搅拌0.5-5小时，得到混合纸浆料；

4)将混合浆料进行减压过滤15-60分钟，20-90℃干燥6-10小时，形成复合纸；

5)也可以将石墨烯分散液直接覆盖在植物纤维纸表面，减压过滤，20-90℃干燥6-10小时，形成复合纸。

所述的表面活性剂包括：阴离子表面活性剂、阳离子表面活性剂、两性表面活性剂和非离子表面活性剂。例如：表面活性剂是十二烷基硫酸钠。

所述的石墨烯和植物纤维混合浆料单位体积中石墨烯质量为0.003-2.0mg/ml，单位体积中植物纤维的质量为0.1-10mg/ml。

本发明提供的一种含石墨烯的多功能复合纸的应用为用作电极制备超级电容器、锂离子电池和储能器件的导电体。

本发明提供的多功能复合纸是基于石墨烯可功能化分散、高柔性纳米片层结构及其高导电和电化学活性等物理化学特性。该复合纸具有轻型、高强、高柔性、耐浸蚀、高导电和高电化学活性等性能，可用于防静电包装、电磁屏蔽、电子标签、超电容、锂离子电池和传感器等领域，既可用做电化学电极制备轻质、可折叠超级电容器，也可用作负极或导电体制备离子电池等储能器件。本发明制备的多功能复合纸的过程类似于传统造纸工艺，过程简单易控，所用主要原料植物纤维来源广泛，且价格低廉，适合规模化生产。

附图说明

图1：本发明实施例1制得的复合纸的照片。

图2：本发明实施例1制得的复合纸的低倍扫描电镜图。

图3：本发明实施例1制得的复合纸的高倍扫描电镜图。

图4：本发明实施例1制得的复合纸截面的低倍扫描电镜图。

图5：本发明实施例1制得的复合纸的红外谱图。

图6：本发明实施例1制得的复合纸的拉曼谱图。

图7：本发明实施例2制得的复合纸的照片。

图8：本发明实施例3制得的复合纸的照片。

图9：本发明实施例6制得的复合纸的照片。

图10：本发明实施例8测得的复合纸作为柔性超电容电极循环伏安曲线。

图11：本发明实施例10测得的复合纸作为锂电池负极的放电容量循环曲线。

图12：本发明实施例12制得的复合纸。