[发明专利]一种石墨烯-高分子复合材料的制备方法

说明书

本发明公开了一种石墨烯高分子复合材料的制备方法，首次将石墨烯衍生物分散在溶剂中与固态颗粒物进行混合形成混合物，混合物干燥后在设定气氛下以设定速度通过微波加热区对混合物加热处理以将混合物中石墨烯衍生物转化为石墨烯，随后冷却获得石墨烯与固态颗粒物的混合物，然后将混合物与高分子通过熔融、粘结成型等方法进行复合而获得石墨烯‑高分子复合物。本发明提供的方法解决了目前石墨烯分散困难及石墨烯衍生物性能欠佳的问题，可以方便、快捷、批量生产石墨烯‑高分子复合材料，有望为石墨烯及高分子材料的进一步发展及应用作出贡献。

技术领域

本发明属于材料领域，涉及一种石墨烯高分子复合材料特别是利用石墨烯衍生物易于分散且具微波吸收特性，首先将石墨烯衍生物配制为溶液，然后石墨烯衍生物溶液与在高分子材料中能够均匀分散的固态颗粒物混合形成混合物，随后混合物干燥并以设定速度在设定气氛下通过微波加热区进行微波加热处理以将混合物中的石墨烯衍生物转化为石墨烯，然后将石墨烯与固态颗粒物的混合物与高分子进行复合而形成石墨烯能够均匀分散的石墨烯-高分子复合物。

背景技术

石墨烯作为一种二维材料，其具有优异的力学性质(杨氏模量高达1.0TPa)、电学性质(电子迁移率高达10⁶cm².v^-1s^-1)、热学性质(热导系数高达5000w.m^-1.k^-1)、光学性质(单层石墨烯的可见光吸收仅有2.3％和优异的锁模特性)，超大的理论比表面积(2630m².g^-1)及单片层结构赋予其独特的化学和电化学活性使得石墨烯在电子、信息、能源、材料和生物医药等领域具有重大的应用前景。石墨烯的应用很大比例通过复合物的形式呈现的。为此全球科学家与企业科研人员在石墨烯复合物方面进行了大量探索并获得了很大进展。然而石墨烯复合物研发方面目前还存在一对矛盾即性能良好的石墨烯粉末易于团聚并且没有良溶剂因此难以形成分散均匀的复合物；而石墨烯衍生物虽然可以通过良溶剂分散而形成分散均匀的复合物，但是由于石墨烯衍生物的性能相较于石墨烯差距很大，所以石墨烯衍生物复合物并不能充分发挥石墨烯的优异性能。就高分子复合材料而言，目前人们主要探索石墨烯衍生物复合后性能改进的技术，但效果还有待提高。例如人们试图将石墨烯衍生物共价连接能够与高分子材料均匀复合的其它高分子材料以提高石墨烯在高分子材料中的分散性能，虽然其复合材料由于石墨烯衍生物分散性能改善而有所提高但是其总体性能仍然需要大幅度改进。所以迫切需要开发能够将石墨烯在高分子材料中均匀分散的技术而改进目前石墨烯-高分子复合材料的现状。为此本申请在国际上首次提出将石墨烯衍生物首先分散在溶剂中形成溶液，然后将在高分子材料中能够均匀分散的固态颗粒物与石墨烯衍生物溶液混合形成均匀混合物，随后将混合物干燥后利用石墨烯衍生物微波吸收特性将混合物在设定气氛下通过微波加热区进行设定时间的选择性加热处理以将混合物中的石墨烯衍生物转化为石墨烯，随后石墨烯与固态颗粒物的混合物离开微波加热区并进行冷却，然后石墨烯与固态颗粒物的混合物与高分子材料利用固态颗粒物能够在高分子材料中均匀分散的特性协助与固态颗粒物相互混合的石墨烯与高分子进行复合而获得石墨烯在高分子材料中均匀分散的石墨烯-高分子复合材料。本发明的方法综合利用了石墨烯衍生物溶液能够与固态颗粒物均匀混合的特点、固态颗粒物能够在高分子材料中均匀分散的特点、石墨烯衍生物具微波吸收特性和微波具快速选择性加热特性、石墨烯衍生物在设定气氛下加热处理可以转化为石墨烯的特点以及混合物以设定速度通过微波加热区可以精确控制微波加热时间及改进加热不均的特点，从而可以方便、快捷、低能耗地批量制备石墨烯-高分子复合材料，有望为石墨烯-高分子复合材料的进一步推广发展及应用作出贡献。

发明内容

技术问题：本发明的目的是提供一种石墨烯高分子复合材料的制备方法，该方法方便、快捷、低能耗，能够批量制备石墨烯-高分子复合材料，因此有助于石墨烯-高分子复合材料更好地服务社会。