[发明专利]聚醚砜树脂/石墨烯纳米片多孔纳米复合材料、制备方法及其用途

说明书

本发明公开了一种聚醚砜树脂/石墨烯纳米片多孔纳米复合材料、制备方法及其用途，所述的复合材料是通过将石墨烯纳米片填充到聚醚砜树脂上得到，其中，石墨烯纳米片占聚醚砜树脂质量分数的0.05‑5%。本发明制备的复合材料重量轻，柔性好和较高的传感强度，循环性能优异，适用范围广；制备过程速度快，耗能低，设备体积小且易于操作。

技术领域

本发明属于导电高分子复合材料的制备技术，特别是涉及一种一种聚醚砜树脂/石墨烯纳米片多孔纳米复合材料、制备方法及其用途。

背景技术

气体传感材料由于在环境保护中的广泛应用，特别是用于检测挥发性和有毒气体方面，近年来吸引了科研人员的极大兴趣。传统的气体传感器通常为半导体金属氧化物（例如，氧化锌）。最近，包含碳纳米管（CNT），碳纳米纤维和石墨烯纳米片的碳基纳米材料，由于具有大的比表面积，高电子迁移率等特点也使其成为气体传感器的优良选择。为了进一步增强检测极限，选择性和灵敏度，通常采用金属氧化物和碳纳米材料与其它组分复合的方式。这样可以实现表面催化性能的改善，增加表面反应位点，改善气体传感性能。

虽然半导体金属氧化物，碳纳米材料及其混合材料能作为气体传感器的材料，但它们仅限于几种气体如氢气，氨气和二氧化氮，并且通常不能完全适用于各种有毒或有机溶剂蒸汽。此外，较低的选择性和传感强度，较高的功率消耗和缺乏灵活性限制了它们在实际中的进一步应用。

通过研究发现，导电聚合物复合材料（CPC）由于其质轻，柔性好和较高的传感强度已被开发作为气体传感器材料。当CPC暴露于有机溶剂（液体或蒸汽）时，电阻率通常会显著增加。这是由于有机溶剂蒸汽能够扩散或渗透到CPC中，导致聚合物基体的溶胀，因此导电填料之间的距离增大，电阻率升高。另一方面，当溶剂蒸汽逸出CPC时，电阻率又会降低到其原始值，这是由于蒸汽的解吸引起基体的去溶胀并因此导致导电填料间隔的减小，恢复导电网络。多种因素如聚合物基体和溶剂的溶解度参数，CPC的形状和微观结构以及外部环境（温度，蒸汽压力等）的变化都可以影响气体传感。并且，纳米尺寸的导电填料容易（特别是在高浓度下）聚集，这可能限制材料性质甚至破坏其性能。此外，上述提到的CPC具有固体微观结构，这表明用于溶剂蒸汽的吸附或解吸的平衡时间更长，因此降低了气体传感效率和强度。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于气体传感的聚醚砜树脂/石墨烯纳米片多孔纳米复合材料及其制备方法。

本发明通过以下技术方案实现：一种聚醚砜树脂/石墨烯纳米片多孔纳米复合材料，所述的复合材料是通过将石墨烯纳米片填充到聚醚砜树脂（PES）上得到，其中，石墨烯纳米片占聚醚砜树脂质量分数的0.05-5%。

上述复合材料的制备方法，包括如下步骤：

（1）PES粉末溶于DMF中，在60-65℃下磁力搅拌4-6小时，然后得到均匀的PES溶液；

（2）然后，石墨烯纳米片与DMF混合超声形成均匀分散的溶液，超声时间0.5-1.5h，将步骤（1）所述溶液与石墨烯纳米片的DMF溶液混合在一起，在60-65℃下经6-8小时磁力搅拌；

（3）将步骤（2）所述的PES /石墨烯纳米片溶液于密闭条件下静置12小时以上，再将沉淀的纳米复合材料置于85-90℃的水中浸泡12小时以上，冷冻干燥，得到所述的复合材料。

进一步的，步骤（1）中，PES溶液中PES的浓度为10-20wt%。

进一步的，步骤（2）中，石墨烯纳米片的DMF溶液中石墨烯纳米片的含量为0.0056-1.2wt%。

进一步的，步骤（2）中，步骤（1）所述溶液与石墨烯纳米片的DMF溶液按体积比为1:1混合。

上述聚醚砜树脂/石墨烯纳米片多孔纳米复合材料在气体传感方面的应用。

进一步，所述的响应气体包括二氯甲烷、乙醇、丙酮、四氢呋喃等气体。