[发明专利]一种石墨烯膜导电材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及导电功能膜材料，更具体地涉及一种石墨烯膜导电材料的制备方法。

背景技术

石墨烯是二维碳纳米结构材料，凭借其较大的比表面积，质量较轻，强度较高等特点，使得石墨烯打破了传统中以石墨为填料时，用量较高但性能较低的瓶颈。石墨烯在导电、导热、防腐、抗静电、阻燃以及其他功能涂料领域中的应用己经初步取得了一些成果。

石墨烯拥有一系列独特的物理和化学特性，其中最突出的是他的电子效应。石墨烯是目前发现电阻率最小的材料，且其拥有很高的电子迁移率。以往的导电涂料通过添加导电性物质使涂膜导电，其中主要以添加银粉、铜粉、氧化锌为主，其中效果最好的是银粉，但是银粉过于昂贵因此并不能得到广泛应用。与银粉相比，石墨烯除了具有优异的导电性能外，机械性能、热性能等也表现优异，是很好的导电涂料添加剂，必将开创导电涂料的新时代。

巨浩波等制备的石墨烯／硅丙乳液复合涂料拥有较低的渗滤阈值(质量分数为0.5％)，当石墨烯的用量大于0.9％时，其导电性也有了明显的提升。

黄坤等以石墨烯粉体作为填料，环氧E-44作为基料研发了一种环氧复合防腐导电涂料，当添加石墨烯的量在1％左右时，这种复合涂料拥有较稳定的导电性，及较好的防腐性能，附着力也表现良好，可作为一种新型的导静电重防腐涂料来应用。

Sangermano等将石墨烯片分散到可光固化的SU-8树脂中，研究发现石墨烯填料对聚合物链的迁移率具有阻碍效应。当复合材料中官能化石墨烯片(FGS)的质量分数为3％-4％时，涂层的导电性可得到显著提高。

在现有的研究成果和公开文献中，尚未发现以石墨烯和固有微孔聚合物(PIM)为基础，制备导电膜材料，并且同时保证其导电性能和力学性能的方法。

发明内容

1、发明目的。

本发明提出了一种石墨烯膜导电材料的制备方法，以石墨烯和固有微孔聚合物(PIM)为基础，保证其导电性能、力学性能，还要保证其气体渗透性能。

2、本发明所采用的技术方案。

本发明提出的一种石墨烯膜导电材料的制备方法，其制备步骤包括：1) 制备初步分散的石墨烯分散液；2) 制备石墨烯分散的碱激发溶液；3) 制备复合地聚合物粉料；4) 制备第一导电地聚合物；5) 制备第二聚合物固有微孔聚合物；6) 共混第一聚合物和第二聚合物成膜。

其中步骤1）：将石墨烯、聚乙烯吡咯烷酮与水按1：(0.1-0.5)：(4-6)的重量比混合，研磨、分散得初步分散的石墨烯分散液。

其中步骤2)：将碱金属硅酸盐溶液与步骤1)中得到的石墨烯分散液按1：(0.05-0.3)的重量比混合，搅拌均匀后加入上述混合液总重量的0.05-1％的聚丙烯酸钠，研磨、分散得石墨烯分散的碱激发溶液，所述碱金属硅酸盐溶液的模数为1-4，固含量为30-60％。

其中步骤3)：将硅铝质原料与粒化高炉矿渣按1：(0.1-0.2)的重量比混合，研磨后即得复合地聚合物粉料。

其中步骤4)：将步骤3)中得到的复合地聚合物粉料与步骤2)中得到的石墨烯分散的碱激发溶液以1：(1.1-2.5)的重量比混合搅拌均匀，即得导电地聚合物。

其中步骤5):固有微孔聚合物(PIM)具有与扭曲位点组合的基于二苯并二噁烷的梯型结构的重复单元，扭曲位点可为具有螺中心或高位阻的位点；PIM的结构阻止密集的链填充，从而产生相当大的可达到的自由体积，保证其气体渗透性能。

其中步骤6): 将步骤4)和步骤5）中的两种聚合物溶解于或悬浮溶液内，溶液可在基板上沉积并干燥形成膜，将膜在15-25℃环境温度，85-95％环境湿度下养护5-15天，保证其力学性能。

3、本发明所产生的技术效果。

本发明经过多次实验，得出制备工艺和所述配比，以石墨烯和固有微孔聚合物(PIM)为基础，制备导电膜材料，在获得良好导电性能、力学性能同时，兼顾气体渗透性能。

附图说明

图1为实施例1中的固有微孔聚合物结构单元。

具体实施方式

实施例

1) 制备初步分散的石墨烯分散液。取厚度为1.2nm，延展尺寸大小为4μm，氧的质量含量为20％的石墨烯110g，另取聚乙烯吡咯烷酮22g 与水440g，按1:0.2 ：4 的重量比混合，置于助磨介质为高强玻璃珠、研磨转速为2000 转/ 分钟的纳米砂磨机中研磨分散1小时，之后再置于振动频率为50kHZ 的高频超声分散机超声振荡分散30 分钟，得到初步分散的石墨烯分散液。