[发明专利]基于红外线辐照的石墨烯/聚合物复合材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及石墨烯/聚合物复合材料的制备领域，具体涉及一种基于红外线辐照的石墨烯/聚合物复合材料的制备方法。

背景技术

石墨烯是一种由碳原子构成的单层碳材料。2004年曼彻斯特大学A.K.Geim及其合作者第一次报道用塑料胶带将石墨剥离的方法得到石墨烯（K.S.Novoselov，A.K.Geim,S.V.Morozov,D.Jiang,Y.Zhang,S.V.Dubonos,I.V.Grigorieva,A.A.Firsov，Electric Field Effect in Atomically Thin Carbon Films，Science,306,22,2004,666-669）。随后，石墨烯开始受到全世界研究者的青睐。

石墨烯具有较大的比表面积（2360m²·g^-1），较高的电子迁移率（200000cm²·v^-1·s^-1），较高的杨氏模量（1.0TPa），较高的热传导率（5000W·m^-1·K^-1）和透光性（97.7%），在场效应晶体管、传感器、透明导电薄膜、石墨烯电池、电子检测设备、热传导设备以及聚合物基复合材料等方面具有广阔的应用前景（Yanwu Zhu,Shanthi Murali,Weiwei Cai,Xuesong Li,Ji Won Suk,Jeffrey R.Potts,Rodney S.Ruoff，Graphene and Graphene Oxide:Synthesis,Properties,and Applications，Adv.Mater.2010）。

目前主要有六种方法制备石墨烯：

一、取向附生石墨烯，即通过化学气相沉积方法使石墨烯生长在取向的金属表面，这种方法理论上可以做到无限长、非常宽的石墨烯薄层，但需要高温并且在将石墨烯从金属基材表面剥离的过程中需要使用腐蚀性化学物质；

二、微机械剥离方法，这种方法适用于研究石墨烯的电性质和其他性能，但是该方法所得到的石墨烯片层大小和厚度目前还难以控制，并且不适合大量制备石墨烯；

三、氧化石墨的化学还原方法，即用化学方法将氧化石墨在溶液中还原得到石墨烯（也叫还原氧化石墨）。目前采用的还原剂主要有水合肼、硼氢化钠、葡萄糖、抗坏血酸、氢氧化钠以及氢氧化钾等。这些方法制备还原氧化石墨速度比较慢，能耗较高，而且所使用的某些化学试剂具有较高的毒性；

四、氧化石墨的高温热解还原法，即将氧化石墨在惰性气体保护下加热使氧化石墨脱出含氧基团以还原成石墨烯。还原反应的温度通常为500℃至1200℃。该方法能够大批量制备石墨烯，但存在能耗高、升降温周期长、不适合不耐高温的基体（如塑料、纺织品）等缺点；

五、电子束辐照法（赵兵等，电子束辐照法制备石墨烯基纳米材料的方法,公开号为CN 101559941A的中国专利申请；Chen Wufeng,Yan Lifeng,Prakriti R.Bangal,Preparation of graphene by the rapid and mild thermal reduction of graphene oxide induced by microwaves,Carbon,48，2010，1146-1152）。该方法需要使用昂贵的电子加速器，其制备的成本较高，不利于工业化推广和生产；

六、氙灯辐照还原法(Laura J.Cote,Rodolfo Cruz-Silva,Jiaxing Huang,Flash Reduction and Patterning of Graphite Oxide and Its Polymer Composite,J.Am.Chem.Soc.2009.131.11207-11032)。该方法还原速度非常快，但是仅仅适合氧化石墨薄膜的还原，同时其操作过程是间歇式的，难以进行连续化的还原加工，难以满足大面积或者大量氧化石墨的还原需求。

在石墨烯/聚合物复合材料的制备方面，如何将石墨烯与聚合物均匀复合是获得高性能石墨烯/聚合物复合材料的关键。目前通常是采用先将氧化石墨还原，再与聚合物复合，但是由于还原氧化石墨法制备的石墨烯自身易于团聚，因此难以获得分散均匀的石墨烯/聚合物复合材料。

发明内容

本发明提供了一种基于红外线辐照的石墨烯/聚合物复合材料的制备方法，其制备简单快速、可连续化生产。