[发明专利]聚乙烯基咔唑/石墨烯复合材料及其合成方法和用途

说明书

技术领域

本发明涉及一类聚乙烯基咔唑/石墨烯复合材料及其合成方法和用途。

背景技术

聚合物基复合材料的功能化与器件化是国内外前沿研究领域之一。传统的无机半导体材料，如硅、锗和砷化镓，仍然是光电材料和器件的重要角色。但有机聚合物导电材料与发光材料以其易剪裁、易加工(无论是分子尺度或聚集体尺度)等方面的优势与无机材料在光电领域互相竞争，越来越受到大家重视。目前利用新型有机高分子材料制造的发光二极管已用于平板显示器的大规模生产，光伏电池和场效应晶体管的研究也取得显著的成果等。但是由于聚合物自身的特点，在光电信息器件中电荷传递不是很理想，其较低的载流子迁移率成为制约其发展的主要障碍。

石墨是一种二维纳米材料，具有优良的电子转移能力。本世纪初发现了一类由一层碳原子组成的新型二维纳米碳材料——石墨烯，它是以天然石墨为原料，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。研究发现，氧化石墨表面含有羟基、羧基、羰基和环氧基等含氧官能团，可以进行进一步的化学改性或修饰。而且氧化石墨经过化学还原或焙烧，可以消除氧化石墨的官能团或缺陷，恢复石墨烯的结构与优良性能。

与常规的制备高分子复合材料的方法相比，特别是自由基可控聚合方法，比如原子转移自由基聚合、可逆加成-断裂链转移聚合可以让高分子与无机材料在微观层次上通过共价键实现紧密结合，而且也可实现高分子分子量、分子量分布和分子结构的可控，并且将石墨烯优良的电、磁、力学性能与高分子的温敏性结合起来，增强复合材料的性能，拓宽复合材料的用途。目前，可控聚合方法已经应用于苯乙烯、丙烯酸甲酯和甲基丙烯酸甲酯等在多种材料表面的可控接枝聚合反应。

发明内容

本发明所要解决的问题是针对上述现有技术提出聚乙烯基咔唑/石墨烯复合材料，基于该复合材料的存储器件具有较低的开启电压、较高的开关电流比和良好的稳定性能。

本发明的另一个目的是提供上述复合材料的制备方法，其合成工艺成本低、实验条件温和、操作简单。

本发明的还有一个目的是聚乙烯基咔唑/石墨烯复合材料作为存储材料在信息存储器中的应用。

本发明为解决上述提出的问题所采用的解决方案为：聚乙烯基咔唑/石墨烯复合材料，其特征在于包括由下述反应得到的产物：

1)将天然石墨通过化学氧化方法制备单层或多层氧化石墨；

2)将步骤1)得到的氧化石墨与3-(三甲氧基硅烷)丙基丙烯酸脂、偶氮二异丁腈、相转移催化剂二硫代苯甲酸苯乙基酯在N，N-二甲基甲酰胺中氮气气氛下60-70℃反应24-48小时，抽滤、洗涤和干燥后，得表面带有可引发可逆加成-断裂链转移聚合基团的氧化石墨，其中氧化石墨、3-(三甲氧基硅烷)丙基丙烯酸脂、偶氮二异丁腈、二硫代苯甲酸苯乙基酯用量之比为30mg∶0.2-0.6mmol∶0.2-0.3mmol∶0.3-0.6mmol；

3)将步骤2)得到的表面带有可引发可逆加成-断裂链转移聚合基团的氧化石墨置于N-乙烯基咔唑、引发剂偶氮二异丁腈、相转移催化剂二硫代苯甲酸苯乙基酯的有机溶剂溶液中，在氮气保护下60-80℃反应24-48小时，离心、洗涤、真空烘干得到聚乙烯基咔唑/氧化石墨复合材料，其中表面带有可引发可逆加成-断裂链转移聚合基团的氧化石墨、N-乙烯基咔唑、偶氮二异丁腈、二硫代苯甲酸苯乙基酯用量之比为30mg∶5-10g∶0.1-1mmol∶0.2-2mmol；

4)将步骤3)得到的聚乙烯基咔唑/氧化石墨复合材料在有机溶剂中超声0.5-2小时，向其中加入还原剂，在60-100℃反应24-48小时，倒入甲醇中沉淀，过滤，真空烘干得到聚乙烯基咔唑/石墨烯复合材料，其中聚乙烯基咔唑/氧化石墨与还原剂用量之比为30mg∶1-5mg。

按上述方案，所述的还原剂为水合肼、肼或二甲肼。

按上述方案，所述的有机溶剂为N，N-二甲基甲酰胺或1，4-二氧六环。

聚乙烯基咔唑/石墨烯复合材料的制备方法，其特征在于包括有以下步骤：

1)将天然石墨通过化学氧化方法制备单层或多层氧化石墨；