[发明专利]一种石墨烯/掺铝氧化锌导电复合材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种导电复合材料，具体涉及一种石墨烯/掺铝氧化锌导电复合涂料的制备方法，属于新型微纳材料和材料制备领域。

背景技术

导电粉体常被添加到工程塑料、橡胶和涂料等高分子材料中，使之具有抗静电、电磁屏蔽以及防腐等特殊功能。目前，市场上使用的导电填料主要为金属系、碳系以及金属氧化物等。金属系填料具有导电性强,但除银外，铝、铜等易被氧化，耐腐蚀性差，而银粉又受价格高的制约。另外，金属粉末由于比重大易沉底结块，在实际应用中分散性难控制。金属氧化物由于其导电性能优异、颜色浅，弥补了金属导电填料抗腐蚀性能差的缺陷，典型的有锑掺杂氧化锡（ATO）、锡掺杂氧化铟（ITO）等，其中使用ATO的领域最多，而这些掺杂型导电氧化物粉体的不足是生产成本高。碳系粉体主要为石墨和炭黑，由于具有成本低、质轻、耐腐蚀等优点而被广泛应用，其中炭黑应用最广，然而由于炭黑表面含有大量的极性基团，存在难分散、易絮凝等缺点。石墨导电性能不如炭黑优良，需加入量较大才能满足要求；而添加量过大会造成材料力学性能降低，成本增加。

石墨烯是近年新发现的由单层碳原子紧密堆积成的具有二维片层结构(<1nm)的一种碳质材料，其强度高和导电性好。氧化锌（ZnO）是一种常用的化工产品，白色或乳白色，具有特别的电子结构，价格便宜。石墨烯/氧化锌导电复合材料兼具石墨烯和氧化锌的双重导电特性，将其添加到高分子材料中不仅可以起到良好的导电性能，而且其特殊的片状结构还可以增强材料的力学等性能。中国专利CN102654474A提出了一种石墨烯掺杂氧化锌纳米薄膜的制作方法，其技术方案是将石墨烯与氧化锌溶于乙二醇溶液制得混合液，滴涂在器件敏感膜上，真空80℃干燥制得石墨烯掺杂氧化锌纳米薄膜。但是，低温下石墨烯掺杂氧化锌效果并不理想。中国专利CN103199126A公开了一种石墨烯-氧化锌透明导电薄膜及其制备方法，首先分别将石墨烯和氧化锌分散于乙二醇甲醚中形成溶胶-凝胶，制备石墨烯-氧化锌溶液，然后利用反复旋涂石墨烯-氧化锌溶液于衬底，并在无氧条件下高温退火处理制得石墨烯-氧化锌透明导电薄膜。然而，上述两种方法都用水合肼还原氧化石墨制备石墨烯，此外，都采用有机试剂乙二醇（醚）作为分散介质，生产成本昂贵。

发明内容

针对背景技术中存在的问题，本发明目的在于提供一种石墨烯/掺铝氧化锌导电复合材料制备方法，制备方案为：

首先，在氧化石墨烯表面负载含铝碱式碳酸锌；然后在氮气条件下，高温处理制得石墨烯/掺铝氧化锌（石墨烯/ZAO）导电复合材料，

作为优选，上述氧化石墨烯是通过对氧化石墨进行冷剥离制备而成的。

具体的制备步骤为：

本发明所述的氧化石墨是通过Hummers法来制得（但绝不局限于该制备方法），具体包括：在冰浴中，将石墨、无水硝酸钠与浓硫酸均匀混合，搅拌中加入高锰酸钾得到混合物，将该混合物转移至40℃水浴中反应30分钟，逐步加入去离子水，保持反应温度98℃，继续反应40分钟，加入30%H₂O₂（质量百分数）至不产生气泡为止，过滤，用5%（质量百分数）的盐酸溶液反复洗涤，最后用去离子水洗涤至中性，真空干燥，制得氧化石墨，

本发明中作为优选，所用的氧化石墨烯是通过对氧化石墨进行冷剥离制备而成的，具体制备操作为：将氧化石墨均匀分散到去离子水中，其中氧化石墨与去离子水质量之比为0.01～0.05：1，在温度为-15～-1℃条件下冷冻12～24小时，加热（加热至冰块基本熔化即可），在频率为20KHz～40KHz条件下超声处理30～60分钟，制得氧化石墨烯分散液，

利用上述制备的氧化石墨烯分散液，来制备石墨烯/掺铝氧化锌导电复合粉体的操作步骤如下：

（1）向上述制备的氧化石墨烯分散液中加入可溶性锌盐和铝盐，在温度为60～80℃条件下，搅拌均匀后，向体系中滴加碳酸钠溶液至体系pH值为6～8，熟化（熟化时间为30～60分钟，熟化温度为60～80℃）、过滤、洗涤，得到石墨烯/掺铝氧化锌导电复合材料的前驱体复合物，

其中，可溶性锌盐为硫酸锌（ZnSO₄·7H₂O）、氯化锌（ZnCl₂）、硝酸锌（Zn(NO₃)₂·6H₂O）或醋酸锌（Zn(CH₃COO)₂），加入量为：按ZnO与石墨烯质量比为0.3～1.0：1计算，