[发明专利]磺化高分子/石墨烯纳米复合材料及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及石墨烯复合材料，特别是涉及一种磺化高分子/石墨烯纳米复合材料及其制备方法和应用。

背景技术

氧化铟锡（ITO）透明导电薄膜在太阳能电池、触摸屏、平板显示器等电子器件中广泛应用，但制备氧化铟锡（ITO）透明电极的原材料铟是稀有贵金属，且氧化铟锡（ITO）是无机氧化物薄膜，呈脆性，限制了其在柔性触控屏中的应用。

自2004英国曼彻斯特大学研究人员首次制备出单原子层石墨烯后，石墨烯展现出的优异电学性能在全世界已经掀起研究热潮。石墨烯是碳原子形成的六角蜂巢晶格平面空间内排列组成的单原子层两维材料，又称为单原子层石墨，其独特的结构决定了它既有高韧性，又有高刚性，化学稳定性好，光学和电学性能优异。单原子层石墨烯的可见光吸收率仅为2.3%，理论面电阻20Ω^-1。石墨烯优异的光学和电学性能，高柔韧性和丰富的原材料，使其成为氧化铟锡（ITO）理想替代材料。当使用石墨烯来制备透明导电薄膜时，需要将石墨烯与高分子材料混合。然而，石墨烯分散于高分子中时往往会产生聚集的现象，造成所添加的石墨烯比例都很低。

发明内容

基于此，有必要提供一种石墨烯含量较高的磺化高分子/石墨烯纳米复合材料。

一种磺化高分子/石墨烯纳米复合材料，包括石墨烯和均匀分散在所述石墨烯层间的磺化高分子，所述石墨烯构成一导电网络。

在其中一个实施例中，所述磺化高分子为带有磺酸根链段的高分子。

在其中一个实施例中，所述磺化高分子选自磺化聚酰亚胺（Sulfonated polyimide）、磺化聚二乙炔（sulfonated poly-diacetylene）及磺化聚（乙烯醇）（sulfonated poly(vinyl alcohol)）中的一种。

在其中一个实施例中，所述石墨烯添加于所述磺化高分子/石墨烯纳米复合材料的重量百分比为0.1%～1%。

一种磺化高分子/石墨烯纳米复合材料的制备方法，包括如下步骤：

将氧化石墨烯与磺化高分子在溶剂中混合得到混合溶液；及

往所述混合溶液中加入还原剂进行还原反应得到磺化高分子/石墨烯纳米复合材料，所述磺化高分子/石墨烯纳米复合材料包括石墨烯和均匀分散在所述石石墨烯层间的磺化高分子。

在其中一个实施例中，所述磺化高分子为有磺酸根链段的高分子。

在其中一个实施例中，所述磺化高分子选自磺化聚酰亚胺（Sulfonated polyimide）、磺化聚二乙炔（sulfonated poly-diacetylene）、磺化聚（乙烯醇）（sulfonated poly(vinyl alcohol)）中的一种。

在其中一个实施例中，所述石墨烯在所述磺化高分子/石墨烯纳米复合材料的重量百分比为0.1%～1%。

在其中一个实施例中，所述溶剂选自去离子水、二甲基亚砜、二甲基甲酰胺、N-甲基吡咯烷酮及乙醇中的一种。

在其中一个实施例中，所述氧化石墨烯添加于所述混合溶液中的浓度为1mg/ml。

在其中一个实施例中，所述还原剂为联胺。

在其中一个实施例中，往所述混合溶液中加入还原剂进行还原反应得到磺化高分子/石墨烯纳米复合材料的步骤为，按照氧化石墨烯与联胺的比例为200mg/mL(50%浓度的联胺)往所述混合溶液中加入联胺，在25℃的温度加入搅拌1分钟，之后加热到100℃下回流反应2小时，分离纯化，进而得到磺化高分子/石墨烯纳米复合材料。

所述磺化高分子/石墨烯纳米复合材料在触控面板上的应用。

当氧化石墨烯通过还原剂还原成石墨烯时，由于磺化高分子均匀穿插于氧化石墨烯的层间，因此在进行还原反应时，磺化高分子不会被石墨烯所排挤，因此能大幅增加石墨烯添加于高分子中的比例。

附图说明

图1为一实施方式的磺化高分子/石墨烯纳米复合材料的制备方法流程图；

图2为一实施方式的磺化高分子/石墨烯纳米复合材料的制备方法模拟图；

图3为一实施例的磺化高分子/石墨烯纳米复合材料与纯石墨烯的分散状况对比照片；

图4为一实施例的磺化高分子/石墨烯纳米复合材料与纯石墨烯的傅利叶红外光谱图；以及

图5为实施例1的磺化高分子/石墨烯纳米复合材料的TEM照片。

其中，附图标记说明如下：

S101,S102步骤

具体实施方式