[发明专利]一种石墨烯‑聚酰亚胺导电黑膜的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种石墨烯-聚酰亚胺导电黑膜的制备方法。

背景技术

聚酰亚胺由于具有优异的机械性能，耐化学腐蚀性、耐溶剂性，较高的热稳定性能，较小的热膨胀系数和良好的加工工艺性而被广泛应用于航空航天、电子电器、军事装备领域、汽车、通讯等尖端技术领域。但随着应用领域的扩展，对产品性能以及产品在各种环境下稳定性要求不断提高。

一方面，当今世界已进入信息化时代，各种频率、波长的电磁波充满整个地球空间。这些电磁波对未屏蔽的敏感性电子元件、电路板、计算机、通讯设施等会产生不同程度的干扰，造成数据失真。由于通讯紊乱造成聚酰亚胺薄膜静电荷积累产生的高压放电，其后果是破坏性的，所以开发聚酰亚胺导电薄膜十分重要。而石墨烯作为二维碳原子晶体,在力、热、电、光等方面都具有优异的性能,近年来，石墨烯-聚酰亚胺导电薄膜研究较多。CN102592749公布了一种表面自组装石墨烯/聚酞亚胺透明导电薄膜的方法，利用溶液共混法，石墨烯与聚酰亚胺之间的界面结合力较弱，CN102268134从提高材料综合性能的角度出发,合成了一种新型聚酰亚胺/石墨烯纳米复合材料，虽然提高了石墨烯在聚酰亚胺中的分散性，但在改性的同时复合薄膜的导电性被降低。对现有文献检索发现，大多报导的是通过Hummers法制备氧化石墨，溶剂热还原后利用溶液共混法制备石墨烯-聚酰亚胺薄膜，这样制备的薄膜由于氧化石墨烯的不完全还原，影响了复合薄膜的导电率。

另一方面，随着半导体工艺水平的发展,电子元器件的小型化和轻便化，聚酰亚胺透明导电薄膜的研究越来越成熟，而对于应用于交互式电子白板压感膜、贴片电极膜、跳舞毯导电膜、美容美体医疗按摩仪导电垫片膜/导电电极、发热膜，不透明导电聚合物薄膜等聚酰亚胺黑膜研究较少。CN102786704公布了一种聚酰亚胺黑膜的制备方法，操作简单,产品颜色均匀,但是透光率偏高。

本发明采用原位聚合法在黑色填料与二次膨胀石墨的分散液中加入聚酰亚胺合成单体，工艺简单，操作性强，提高石墨烯在聚酰亚胺树脂中分散性的同时，也使得二者界面结合得到改善；同时黑色填料的加入拓宽了聚酰亚胺导电薄膜的光电应用领域。

发明内容

在第一方面，本发明提供了一种石墨烯-聚酰亚胺导电黑膜的制备方法，所述方法包括如下步骤：

(1)对可膨胀石墨进行二次膨胀的步骤，所述步骤为：在浓硫酸中加入鳞片石墨、高锰酸钾、浓硫酸，在水浴中间歇搅拌后，用10％-20％(v/v)盐酸和去离子水洗至中性，过滤烘干得到可膨胀石墨；随后将烘干的所述可膨胀石墨置于微波炉中进行膨胀而获得膨胀石墨；随后，再次将所述获得的膨胀石墨烘干并置于微波炉中进行二次膨胀，获得二次膨胀石墨；

(2)制备石墨烯与黑色填料分散液的步骤，所述步骤为：将步骤(1)获得的二次膨胀石墨和黑色填料加入有机溶剂中，超声剥离制备石墨烯与黑色填料的分散液；

(3)获得石墨烯-聚酰胺酸黑色溶液的步骤，所述步骤为：向步骤(2)获得的石墨烯与黑色填料的分散液中加入二胺单体，强力机械搅拌至充分溶解，随后分三批加入二酐单体；氮气保护下冰浴搅拌，获得石墨烯-聚酰胺酸黑色溶液；

(4)制备石墨烯-聚酰亚胺导电黑膜的步骤，所述步骤为：将步骤(3)获得石墨烯-聚酰胺酸黑色溶液流延在预先洗净的玻璃板上，使用涂膜器刮平，并在真空条件下控温烘干，从而获得石墨烯-聚酰亚胺导电黑膜。

在第二方面，本发明提供了由本发明的方法制备的石墨烯-聚酰亚胺导电黑膜。

有益效果

本发明的石墨烯-聚酰亚胺导电黑膜的制备方法具有改进的工艺流程，且成本低。特别地，本发明方法的工艺流程安全、无需昂贵设备且操作流程简单。

根据本发明的方法制备的石墨烯-聚酰亚胺导电黑膜耐热性、力学性能(例如柔性)、分散性均表现优异；并且，所述石墨烯-聚酰亚胺导电黑膜表面平整，颜色均匀，分散性良好。

具体实施方式

优选地，本发明的制备方法包括以下步骤：

1.可膨胀石墨进行二次膨胀

称取适量鳞片石墨，采用高锰酸钾作氧化剂，浓硫酸作插层剂，水浴20℃-60℃，间歇搅拌30-120min，用稀盐酸(10％-20％)和去离子水洗至中性，过滤、烘干，即得可膨胀石墨。取烘干的可膨胀石墨置于微波炉中进行膨胀，功率10KW，温度500℃-1000℃，膨胀时间为10-30s，得到膨胀石墨。将膨胀石墨按上述方法二次膨胀；

2.制备石墨烯与黑色填料分散液