[发明专利]一种聚乙烯醇/石墨烯导电纳米复合材料及其制备和应用

说明书

本发明涉及一种聚乙烯醇/石墨烯导电纳米复合材料及其制备和应用。该复合材料具有高度取向导电网络结构。制备方法包括：聚乙烯醇/石墨烯复合分散液制备，聚乙烯醇/石墨烯纳米复合膜制备，聚乙烯醇/石墨烯导电纳米复合材料制备。本发明通过分子链取向诱导技术成功的调控石墨烯纳米片层在基质材料中序态结构的控制，利于协助构建材料内部的导电网络，实现了材料导电性的显著提升。

技术领域

本发明属于导电纳米复合材料及其制备和应用领域，特别涉及一种聚乙烯醇/石墨烯导电纳米复合材料及其制备方法和应用。

背景技术

智能化生活是二十一世纪全球的主题，材料作为生产、生活之本，科技附加值的提高无疑是发展任务中的重中之中。《中国制造2025重点领域技术路线图》及《新材料产业发展指南》就把新材料列为其中，重点是要发展高性能、差别化、功能化的先进基础材料；关键战略性材料是支撑各高端应用和实施重大战略需要的关键保障材料，重点是有效解决战略性新兴产业发展急需，突破高端制造业战略材料受制于人的局面。高分子导电纳米复合材料，因具有较好的柔性和可加工性，在智能穿戴、柔性传感、电子皮肤、医疗卫生、健康防护等领域有着广泛的应用。石墨烯是一种具有蜂窝状结构的纳米材料，具有良好的导电性、导热性和力学、光学性能。以石墨烯为导电纳米填料制备柔性导电的纳米复合材料被广泛的研究，但往往由于石墨烯的分散性差、添加浓度低以及石墨烯在基质材料中的序态结构难以控制等原因使得材料内部导电网络构建困难，得到的纳米复合材料的导电性能不高，都维持在较低的抗静电水平，使产品的应用推广受限。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种聚乙烯醇/石墨烯导电纳米复合材料及其制备方法和应用，以克服现有技术中石墨烯复合材料内部导电网络构建困难的缺陷。

本发明的一种聚乙烯醇/石墨烯导电纳米复合材料，所述复合材料具有高度取向导电网络结构(石墨烯纳米片层在外力作用下择优定向有序排列)，所述高度取向导电网络结构是通过分子链取向诱导石墨烯片层在基质内部取向实现的。

本发明的一种聚乙烯醇/石墨烯导电纳米复合材料的制备方法，包括：

(1)在超声作用下，将石墨烯分散到复合分散剂中，然后加入聚乙烯醇，搅拌溶解，得到聚乙烯醇/石墨烯复合分散液，静置脱泡，其中石墨烯在复合分散剂中质量百分浓度为0.2％-1％，石墨烯和聚乙烯醇的质量比为1-8:13-16；

(2)将步骤(1)中脱泡后的聚乙烯醇/石墨烯复合分散液进行剪切诱导取向并成膜，干燥，得到聚乙烯醇/石墨烯纳米复合膜；

(3)将步骤(2)中聚乙烯醇/石墨烯纳米复合膜进行湿热预取向，干燥，然后进行单轴拉伸取向诱导，热定型，得到聚乙烯醇/石墨烯导电纳米复合材料。

所述步骤(1)中石墨烯的结构参数为：片层横向尺寸为1.5-4um，层数为1-7层，含氧量为1.5-10％。

所述复合分散剂包括：质量百分数为0.1-1％的离子型表面活性剂，质量百分数为1-5％的乳化剂和质量百分数为94-98.9％的水。

所述离子型表面活性剂为聚苯乙烯磺酸钠、聚乙烯吡咯烷酮K30、十六烷基三甲基溴化铵中的一种或几种，优选聚乙烯吡咯烷酮K30。

所述乳化剂为OP10、吐温80、聚乙烯醇中的一种或几种，优选聚乙烯醇。

所述步骤(1)中超声的条件为：超声温度为0℃，超声功率为20-35w，超声时间为3-5小时。

所述步骤(1)中搅拌溶解温度为90～100℃，搅拌溶解时间为1～3h。

所述步骤(1)中静置脱泡温度为80～100℃，静置脱泡时间为10-15h。

所述步骤(2)中剪切诱导取向过程中剪切速度为100-10²S^-1，温度80-90℃。