[发明专利]石墨烯/导电高分子复合膜及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及复合膜材料的制备，特别是一种石墨烯/导电高分子复合膜及其制备方法。

背景技术

石墨烯是2004年发现的一类由一层碳原子组成的新型二维纳米碳材料，是目前世界上最 薄的二维材料，它是构建其他维数碳材料(如零维富勒烯、一维碳纳米管、三维石墨)的基 本单元。研究发现，石墨烯具有优良的电学性能，其室温电子迁移率达到10000cm²/Vs；具 有优异的力学性能，其拉伸强度与杨氏模量分别为130GPa和1TPa；其热导率可达5000W/mK。 这种新材料有望在微电子、机械与医学等领域掀起一场新的革命。以天然石墨为原料，通过 化学方法实现石墨烯的大批量生产，价格便宜。经过功能化后的单层石墨在水及有机溶剂中 具有良好的溶解性，有利于其均匀分散及成型加工；而且采用化学还原或焙烧，可以全部或 部分消除石墨烯的官能团或缺陷，恢复石墨烯的结构与性能。

导电高分子具有特殊的共扼结构和优异的物理化学性能使它在生物传感器、电磁屏蔽、 金属防腐和隐身技术上有着广泛、诱人的应用前景。在各种导电高分子中，聚苯胺及其衍生 物具有易成膜，而且膜的稳定性好、易于化学或电化学合成等特点，是导电高分子领域中研 究较多的体系之一。利用复合方法，将另一具有优良性质的组分加入导电高分子中，提高导 电高分子的应用范围。但是导电高分子一般都不溶不熔，限制了其应用。

发明内容

本发明所要解决的问题是针对上述现有不足而提出的石墨烯/导电高分子复合膜及其制 备方法，该方法成本低、操作简单。

本发明为解决上述提出的问题所采用解决方案为：石墨烯/导电高分子复合膜，其特征在 于包括可由下述反应得到的产物：

1)利用石墨，通过化学氧化方法制备氧化石墨；

2)在含有1-5mmol单体的酸性溶液中，加入1-5mmol的过硫酸铵为氧化剂，制得导电高 分子；

3)将步骤1)和步骤2)得到的氧化石墨与导电高分子按照质量比1-100∶1-100，在N- 甲基吡咯烷酮中超声分散30-90分钟，再向其中加入还原剂，搅拌24-48小时；

4)将步骤3)所得溶液涂覆在基板表面成膜，洗涤，干燥；

5)重复步骤4)，直到达到所需厚度。

按上述方案，所述的酸性溶液为稀盐酸、稀硫酸或稀醋酸；

按上述方案，所述的单体为苯胺、2，5-二甲氧基苯胺或邻甲氧基苯胺。

按上述方案，所述的导电高分子为聚苯胺、聚-2，5-二甲氧基苯胺或聚邻甲氧基苯胺。

按上述方案，所述的还原剂为水合肼、肼或二甲肼。

石墨烯/导电高分子复合膜的制备方法，其特征在于包括有以下步骤：

1)利用石墨，通过化学氧化方法制备氧化石墨；

2)在含有1-5mmol单体的酸性溶液中，加入1-5mmol的过硫酸铵为氧化剂，制得导电高 分子；

3)将步骤1)和步骤2)得到的氧化石墨与导电高分子按照质量比1-100∶1-100，在N- 甲基吡咯烷酮中超声分散30-90分钟，再向其中加入还原剂，搅拌24-48小时；

4)将步骤3)所得溶液涂覆在基板表面成膜，洗涤，干燥；

5)重复步骤4)，直到达到所需厚度。

按上述方案，所述的酸性溶液为稀盐酸、稀硫酸或稀醋酸；

按上述方案，所述的单体为苯胺、2，5-二甲氧基苯胺或邻甲氧基苯胺。

按上述方案，所述的导电高分子为聚苯胺、聚-2，5-二甲氧基苯胺或聚邻甲氧基苯胺。

按上述方案，所述的涂覆方法为浸渍-提拉、旋涂或喷涂。

本发明的反应机理是先氧化聚合得到导电高分子，再将导电高分子与氧化石墨在有机溶 剂中共混分散，利用还原剂制备石墨烯/导电高分子复合材料，最后采用不同的涂覆方法得到 石墨烯/导电高分子复合膜。