[发明专利]导电性石墨烯/聚合物复合材料

说明书

技术领域

本发明涉及一种导电性石墨烯/聚合物复合材料以及其制造方法，该导电石墨烯/聚合物复合材料可以作为抗静电以及电磁屏蔽材料，制作成导电地毯、电子产品的包装、手机的部件、轮胎用抗静电胎面胶以及航空航天器材的电磁屏蔽涂料等。

背景技术

石墨烯(Graphene)是由碳原子以sp2杂化键合而成的单层二维碳质材料，其基本结构单元为有机材料中最稳定的苯六元环(Electric field effect in atomically thin carbon films，Science，2004，306：666-669)，是目前最理想的二维纳米材料。石墨烯是构成其它维数碳材料的基本单元，石墨烯包裹起来形成零维的富勒烯；卷曲形成一维的碳纳米管；叠加形成三维的石墨，形成了从零维的富勒烯、一维的碳纳米管、二维的石墨烯到三维的金刚石和石墨的完整体系。2004年Andre Geim和Kostya Novoselov首次制备出稳定的单层石墨烯，并因此于2010年获得了诺贝尔物理学奖，近年来石墨烯受到了全世界科学家以及工业界的广泛关注，成为了研究的热点。

石墨烯有很高的杨氏模量和热导率，分别约为1060Gpa和3000Wm¹K¹；石墨烯强度是已测试材料中最高的，达130Gpa，是钢的100多倍(Measurement of the Elastic Properties and Intrinsic Strength of Monolayer Graphene，Science，2008，321：385-388)。此外，其载流子迁移率达200000cm²V¹s¹(Ultra high electron mobility in suspended graphene，Solid State Communication，2008，146：351-355)，超过商用硅片迁移率的10倍以上，所以石墨烯有非常高的电导率，达6000S/cm(Approaching ballistic transport in suspended graphene，Nature Nanotechnology，2008，3：491-495)；相当高的表面积2600m²/g(A route to high surface area，porosity and inclusion of large molecules in crystals，Nature，2004，427：523-527)，石墨烯的这些特性可以提高聚合物的机械性能、导电、导热和气阻性能，是一种具有巨大潜力的新型材料。

该发明将石墨烯应用于聚合物基体中，形成导电并且具有高强度的石墨烯/聚合物纳米复合材料，作为抗静电以及电磁屏蔽材料，制作成导电地毯、电子产品的包装、手机的部件、轮胎用抗静电胎面胶以及航空航天器材的电磁屏蔽涂料等。

发明内容

为了实现上述目的，根据权利要求书1所述的本发明，采用不同氧化程度的石墨烯为导电和增强材料，添加到聚合物中，制备石墨烯含量为0.1-80％的石墨烯/聚合物复合材料，该材料具有高的导电性和力学性能，可以用于抗静电以及电磁所蔽材料，制作成导电地毯、电子产品的包装、手机的部件、轮胎用抗静电胎面胶以及航空航天器材的电磁屏蔽涂料等。

本发明的一个目的是提供一种基于石墨烯改性的聚合物复合材料，提高复合材料的导电性。

本发明的另一个目的是提供一种基于石墨烯改性的聚合物复合材料，在提高导电性的同时，也能提高材料的机械性能(强度，硬度等)和热稳定性。

本发明所使用的制备石墨烯/聚合物复合材料的方法，可以采用溶液法，也可以采用机械法实现石墨烯和聚合物的复合。

本发明与现有技术相比，其显著的优点为：(1)制备方法上，利用溶液共混或者机械共混方法制备，简单易行，可以很好地实现石墨烯在聚合物复合材料中的分散。(2)所制备的石墨烯聚合物复合材料不但具有良好的导电性而且具有较高的力学性能。

附图说明

图1是氧化石墨和石墨烯的X射线衍射图像，从图中观察到氧化石墨的衍射峰出现在11.13°，该衍射峰归属于氧化石墨片层之间的距离，其间距为0.794nm，远大于石墨的层间距。说明氧化作用增大了石墨层和层之间的距离。图中石墨烯在25°左右出现弥散峰。这说明氧化石墨经过热解还原后，石墨烯的结构保持，没有再次团聚形成石墨。