[发明专利]导电聚合物与石墨烯的纳米复合物及其制备方法

说明书

本发明涉及导电聚合物与石墨烯的纳米复合物及其制备方法。本发明利用导电聚合物单体的表面张力恰好与剥离石墨所需表面张力相匹配的特性，将液态导电聚合物单体充当剥离剂，将剥离溶剂和后续的聚合单体统一起来，使二者为同一组份。与现有技术相比，本发明剥离聚合体系不引入任何其它的第二种溶剂或稳定剂或表面活性剂，仅仅依靠同一组份发挥剥离和聚合双重作用，从根本上保证了所得纳米复合物的纯净性，从而解决了其它液相剥离法所制备的石墨烯不可避免地存在剥离溶剂和辅助添加剂的残留问题。聚合单体用作剥离剂，这样的构思来制备石墨烯纳米复合物未见报道。

技术领域

本发明涉及石墨烯复合物制备技术领域，尤其是涉及导电聚合物与石墨烯的纳米复合物及其制备方法。

背景技术

石墨烯是由单层SP²杂化碳原子排列形成的蜂窝状六角平面晶体，具有优异的电学性能、热学性能以及力学性能。其原子级水平的单层石墨烯在2004年首次由Geimy研究小组通过微机械剥离法制得(Novoselov K S,Geim A K,Morozov S V,Jiang D,Zhang Y,Dubonos S V,Grigorieva I V,Firsov A.A.Electric field effect in atomicallythin carbon films.Science,2004,306(5696):666-669)，从此开辟了石墨烯研究的新纪元。在石墨烯的两大类制备方法----“由下而上”(Bottom-Up)和“由上而下”(Top-Down)中，前者多涉及到微加工技术途径，易于制备，还可制得较高质量的单层和少层石墨烯，但是条件苛刻(高温、高真空)，难以量产。而后者则是以石墨为原料，通过插层、液相剥离、氧化还原等途径制得石墨烯，具有量产潜力。这其中的液相剥离法具有制备成本低廉、操作简单易行、所得石墨烯缺陷少等优点而受到高度关注。行之有效的液相剥离体系包括各种有机溶剂(Hernandez Y,NicoloSsiv,Lotya M,et al.High-yield production of graphene byliquid-phase exfoliation of graphite.Nature Nanotechnology 2008,3:563-568；Coleman J N.Liquid exfoliation of defect-Free graphene.Account ChemicalResearch 2013,46(1):14–22)和加有各种表面活性剂的水性体系(Lotya M,Hernandez Y,King P J.et al.Liquid Phase Production of Graphene by Exfoliation of Graphitein Surfactant/Water Solutions.J.Am.Chem.Soc.2009,131:3611–3620；中国专利201110456632.5)。有些石墨烯分散液的浓度还可以通过各种工艺达到很高的浓度并实现快速分散(Khan U,Porwal H,O’Neill A,et al.Solvent-Exfoliated Graphene atExtremely High Concentration.Langmuir 2011,27:9077–9082；Barwich S,Khan U,Coleman J N.J.Phys.Chem.C2013,117:19212-19218)。然而，这样所获得的石墨烯要么会因为所使用的有机溶剂的沸点高、蒸气压低而存在溶剂残留，要么会因为所添加的表面活性剂与石墨烯大π键之间的强烈作用而无法去除。这些杂质虽然量少，但是它对石墨烯的性能的影响是致命的，如果以此为原料进一步制备石墨烯复合物，其石墨烯原有的性能将无法充分体系出来。