[发明专利]一种石墨烯与二次掺杂态聚苯胺纳米复合材料的制备方法

说明书

本发明公开了一种石墨烯与二次掺杂态聚苯胺纳米复合材料的制备方法，属于复合材料技术领域，通过利用有机酸或者无机酸对其中的本征态聚苯胺产物进行二次掺杂得到石墨烯与二次掺杂态聚苯胺纳米复合材料，其采用简单易行的原位聚合法，不仅适用于大规模生产，而且其制备的石墨烯与二次掺杂态聚苯胺纳米复合材料还可以克服石墨烯的聚集使之均匀的分散，通过二次掺杂的方法将石墨烯和聚苯胺在酸体系下进行二次掺杂复合，进而聚苯胺以非共价键形式修饰在石墨烯上，不仅保持了石墨烯的本体结构，同时还避免了石墨烯的团聚，解决了纯石墨烯、纯聚苯胺以及石墨烯/一次掺杂态聚苯胺等存在的分散性、溶解性、导电性差等缺陷，获得综合性能优异的复合材料。

技术领域

本发明涉及复合材料技术领域，尤其涉及一种石墨烯与二次掺杂态聚苯胺纳米复合材料的制备方法。

背景技术

导电高分子是未来最具有远景的原料之一。在众多的导电高分子中，聚苯胺(polyaniline,PANI)在经济角度是其它材料不可比的。聚苯胺由于成本低廉、独特的掺杂机制、合成简单以及良好的环境稳定性等特性，表现出巨大的应用前景。但是由于聚苯胺具有刚性的分子链结构，分子间作用力强，导致其溶液和熔融加工性能差，已成为制约其广泛应用的关键因素。

为了解决这一问题，通常将聚苯胺与无机材料复合。石墨烯(Graphene)是一种由碳原子经sp²电子轨道杂化后形成的蜂巢状的准二维结构，是碳元素的另外一种同素异形体。还原氧化石墨烯(RGO)是石墨烯的重要衍生物，具有较高的比表面积、良好的导电性、优异的化学稳定性和导热性等特性。相比于其他炭材料(如炭黑、碳纳米管等)而言，其独特优势在于极薄的二维片层结构与高的表面积，表现出优异的防液体渗漏、阻止烟气扩散等。

尽管聚苯胺具有优异的性能，但是由于刚性的分子链结构，分子间作用力强,导致其溶液和熔融加工性能差，近年来石墨烯因其优异的物理化学性能引起广泛关注，然而，石墨烯易堆积，水分散性较差，限制其应用。

目前，石墨烯与聚苯胺复合虽然已有所研究，但研究都限于石墨烯与聚苯胺的一次掺杂、解掺杂。而石墨烯/一次掺态聚苯胺虽然有所改善纯聚苯胺和石墨烯的溶解性，但是并未达到预期效果。但由于其溶解性差、酸性弱的特点导致其不能够获得形貌良好、性能优良的一次掺杂产物。将石墨烯/一次掺杂态聚苯胺解掺杂得到的石墨烯/本征态聚苯胺，该复合材料导电性差，这是因为聚苯胺为本征态时为绝缘体。

比如中国专利CN104559176A公开了一种三维还原氧化石墨烯/聚苯胺复合材料的制备方法，步骤如下：将氧化石墨烯原料与去离子水置于反应器中搅拌均匀，得到氧化石墨烯分散液；加入苯胺搅拌均匀后，再加入介质酸，然后在冰浴条件下搅拌均匀后加入引发剂；将反应产物过滤，滤渣经洗涤、干燥，得到氧化石墨烯/聚苯胺复合材料；再将石墨烯/一次掺杂态聚苯胺进行水热反应，再经干燥得到三维还原氧化石墨烯/一次掺杂态聚苯胺复合材料。但是该方法制备的石墨烯/聚苯胺具有多孔结构，其防腐性能差，溶解性差。

比如中国专利CN104119529A公开了一种纳米管状结构的聚苯胺/石墨烯复合材料的制备方法，将苯胺分散到维生素C的水溶液中，然后加入已经制备的氧化石墨烯，待分散均匀后，加入过硫酸铵引发聚合，得到纳米管状结构的聚苯胺/石墨烯复合材料。但其缓解石墨烯团聚的效果较差，而且稳定性差。

再比如中国专利CN104910752A公布了一种聚苯胺石墨烯纳米复合防腐涂料及其制备方法，该专利是石墨烯与本征态聚苯胺的复合，相比于纯本征态聚苯，石墨烯与本征态聚苯胺的复合材料胺防腐效果有所提高。但相比于石墨烯/ 掺杂态聚苯胺，该专利所涉及的的石墨烯/本征态聚苯胺是在石墨烯基础上进行解掺杂，这会引起产率有所下降，产物纤维形貌会由长链变为短链、短棒甚至颗粒，而且石墨烯/本征态聚苯胺的溶解性、导电性差从而使其不能达到预期较好的效果。

发明内容