[发明专利]一种导电性石墨片及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于导电纳米石墨材料领域，具体涉及一种在极性溶剂中具有优异分散性的导电纳米石墨片及其制备方法。

背景技术

纳米石墨片材料，特别是新兴的石墨烯材料，具有诸多优异的性能，如电子传导性能、导热性能、高模量等。但是纳米石墨片材料表面呈惰性状态，化学稳定性高，与其他介质的相互作用较弱，并且石墨片间有较强的范德华力作用因此容易发生聚集。纳米石墨片在极性溶剂中较差的分散性限制了其在电子材料、复合材料等领域的实际应用。

目前通常采用表面修饰的方法改善纳米石墨片在极性溶剂中的分散性，修饰方法分为共价键修饰和非共价键修饰。共价修饰往往利用氧化石墨表面的羧基、羟基或环氧基团作为反应的活性点，对石墨表面进行接枝改性。经共价修饰的纳米石墨衍生物由于引入了新的官能团因此具有好的分散性，但是其表面的大π共轭结构被破坏，影响了电子在石墨表面的传导，从而破坏了导电性能。而非共价键修饰可有效的保持纳米石墨片材料的导电性同时改善其在极性溶剂中的分散性。通过该方法通过引入具有特定结构的分子与石墨片间形成较强作用力，如π-π堆积力、范德华力、氢键作用等，避免石墨片间的堆积，从而实现在极性溶剂中的稳定分散。Xu(J.Am.Chen.Soc.，2008，130(18)：5856-5857)等利用芘丁酸对石墨烯进行了非共价修饰，利用芘的芳香环结构与石墨烯之间π-π堆积作用，使石墨烯在水中形成稳定的分散液，但其在有机溶剂中的分散性不佳。现有文献多利用该方法改善纳米石墨材料在水中的分散性，但改善在其他极性溶剂中的分散性尚未见报道。所用于修饰纳米石墨的分散剂多价格昂贵，不易购买或合成困难，难以实现实际应用，因此有必要开发价格更低且在极性溶剂中分散效果好的导电纳米石墨片的制备方法。

发明内容

为了解决现有技术中的问题，本发明通过π-π相互作用在石墨片表面引入具有共轭结构的极性分子，得到在极性溶剂中具有优异分散性同时具有导电性的石墨片材料。

本发明的另一个目的是提供一种以氧化石墨为原料，以容易购买或合成的极性分子作为分散剂，以还原-分散一步法制备上述具有导电性石墨片材料的制备方法。

本发明的目的可以通过以下措施达到：

一种导电性石墨片，其在极性溶剂中易分散，且该石墨片的表面带有具有共轭结构的极性分子，该具有共轭结构的极性分子通过π-π相互作用对石墨片进行修饰；其中极性分子的共轭结构选自萘、菲、蒽、苯并蒽、苯并菲、苯并芘、或二苯并蒽中的一种或几种；所述具有共轭结构的极性分子具有烷基、乙酸、乙酸盐、甲酯基、乙酯基、或丙酯基结构中的一种或几种；其中，烷基的碳原子数为1-18。

含有大π键结构的分子大都可以与石墨表面的离域电子配对，进而通过π-π相互作用对石墨片进行修饰，故该修饰作用不易被破坏。由此可见上述各种共轭结构都是可以与石墨片表面结合并进行修饰的。考虑到极性分子的价格因素及合成难度，上述极性分子的共轭结构优选萘、菲、或蒽中的一种或几种。

极性分子所含有的基团作用是提高该分子的极性，从而该分子在与石墨片相互作用后，可以提高石墨片在极性溶剂中的分散性。无论从理论还是经验上讲，上述各共轭结构和各基团结构组合而成的化合物均可具有对石墨片进行表面修饰的作用，且所获得的石墨片可以在保持导电性的同时提高在极性溶剂中的分散性。

用于分散导电性石墨片的极性溶剂可以为水、N，N-二甲基甲酰胺(DMF)、N-甲基吡咯烷酮(NMP)、N，N-二甲基乙酰胺(DMAC)、丙酮、或乙醇等。进一步优选的极性溶剂为N，N-二甲基甲酰胺(DMF)、N-甲基吡咯烷酮(NMP)、N，N-二甲基乙酰胺(DMAC)、丙酮、或乙醇等。