[发明专利]GNP@PDA-Ag核壳型纳米粒子的制备方法以及制备聚合物基复合薄膜的方法和应用

说明书

GNP@PDA‑Ag核壳型纳米粒子的制备方法以及制备聚合物基复合薄膜的方法和应用，主要涉及一种石墨烯核壳结构填料以及聚合物基复合薄膜的制备方法。本发明目的是改善聚合物介电性能，并防止导电填料团聚，使填料在聚合物中形成均匀分散矩阵。GNP@PDA‑Ag纳米粒子制备方法：将盐酸多巴胺溶于Tris‑HCl缓冲液中，然后调节pH值，加入石墨烯悬浊液，磁力搅拌下加热，抽滤，用去离子水清洗，烘干制得GNP@PDA纳米粒子；然后与银氨溶液混合，在PVP的存在下，加热反应，抽滤清洗后获得。之后与聚合物胶液共混，采用铺膜和压片制备聚合物基复合薄膜。本发明用于制作传感器或者制动器。

技术领域

本发明涉及一种石墨烯核壳结构填料的制备方法和应用；具体涉及GNP@PDA-Ag核壳型纳米粒子的制备方法以及制备聚合物基复合薄膜的方法和应用。

背景技术

自20世纪90年代以来，介电弹性体因其优异的电力学性能和多领域的应用前景开始受到广泛的关注。另外，随着人工智能技术的迅速发展，人们对柔性介电材料的需求越来越迫切。

目前，高介电常数复合材料的制备主要有2种方法：一是通过介电常数较高的陶瓷颗粒(如钛酸钡、二氧化钛等)与聚合物共混来获取介电常数较高的复合材料，但无机填料的引入会影响复合材料的力学性能，降低柔韧性；二是通过导电粒子的加入来赋予复合材料较好的介电性能，由于较小填量就足以提升介电常数，因此也保证了复合材料的力学性能。

在常见的导电填料中，石墨烯由于其优异的导电性能，从碳纳米管、炭黑等碳系填料中脱颖而出。另外，还有一些金属纳米粒子，如Ag纳米颗粒。但是导电颗粒与聚合物基质之间的相容性差，导致聚集和形成许多局部导电路径，导致高电介质损耗和低击穿强度。这阻碍了这些纳米复合材料在电子器件中的介电应用。

发明内容

本发明目的是防止导电填料团聚，并使填料在聚合物中形成均匀分散矩阵；而提供了GNP@PDA-Ag核壳型纳米粒子的制备方法以及制备聚合物基复合薄膜的方法和应用。

本发明采用聚多巴胺的粘附性直接对石墨烯进行包覆，较为简便，且进一步在聚多巴胺表面还原纳米银粒子，超小型Ag纳米粒子通过库仑阻塞和量子捕获载流子结构效应，使得纳米复合材料的低介电损耗和电导率。通过对聚多巴胺对石墨烯进行包覆，导电粒子相较于陶瓷类填料，在1wt.％的填量下，介电常数就能有较大的提升，同时较小的添加量对基体的力学性能影响较小，更适合在柔性材料中的应用。

为解决上述技术问题，本发明中GNP@PDA-Ag核壳型纳米粒子的制备方法，其特征在于所述纳米粒子的制备方法是按下述步骤进行的：

步骤一、将石墨烯分散于二甲基甲酰胺(DMF)中，得到石墨烯悬浊液；

步骤二、将盐酸多巴胺溶于Tris-HCl缓冲液(三羟甲基氨基甲烷)中，然后调节pH值至8-9，加入步骤一获得的石墨烯悬浊液，磁力搅拌下加热反应，抽滤，用去离子水清洗2-3次，烘干，得到GNP@PDA纳米粒子；

步骤三、将聚乙烯吡咯烷酮(PVP)溶解于银氨溶液(即硝酸银的氨水溶液)中，加入步骤二获得的GNP@PDA纳米粒子，然后磁力搅拌下加热反应，反应完毕后离心，洗涤，得到GNP@PDA-Ag核壳型纳米粒子。

进一步地限定，步骤一中按石墨烯的质量与二甲基甲酰胺的体积比为(50mg～55mg)：(20mL～30mL)的比例将石墨烯分散于二甲基甲酰胺(DMF)中。

进一步地限定，步骤二中按盐酸多巴胺的质量与Tris-HCl缓冲液的体积比为(140mg～150mg)：(280mL～300mL)的比例将盐酸多巴胺溶于Tris-HCl缓冲液中。

进一步地限定，步骤二中按石墨烯与盐酸多巴胺的质量比为(0.5-1.0)：1的比例加入步骤一获得的石墨烯悬浊液。

进一步地限定，步骤二在50℃-80℃下，磁力搅拌加热8h-12h。