[发明专利]一种石墨烯-氧化二硼化钛复合物及其制备方法

说明书

技术领域

  本发明特别涉及一种石墨烯-氧化二硼化钛复合物及其制备方法，属无机纳米材料技术领域。

背景技术

石墨烯是由碳原子以sp²杂化排列组成蜂窝状结构的二维薄片，具有巨大的电子迁移率、高热导率、优异的机械强度和大的比表面积。近年来，石墨烯以其优越的电学、热学、力学性能受到广泛关注，在电子器件、介电材料和能量存储等领域具有广阔的应用潜力。

 目前，制备高介电材料的主要方法是在聚合物中引入导体，具有优异电学性能的石墨烯常作为导体被引入到聚合物基体中制备高介电常数复合材料。但是，由于高介电常数的获得是基于渗流机理，因此在渗流现象出现附近，材料的电导损耗较大，导致复合材料的介电损耗较高。

 迄今，一种能够有效降低复合材料介电损耗的方法是在导体表面包覆绝缘层。但是这种方法常常带来两个副作用，一是介电常数降低。如Dang等人（Dongrui Wang，Yaru Bao，Junwei Zha，Jun Zhao，Zhimin Dang，Guohua Hu. ACS Appl. Mater. Interfaces 2012; 4; 6273?6279）制备了聚乙烯醇包覆石墨烯/聚偏氟乙烯树脂复合材料，发现在石墨烯导体含量相同的情况下，聚乙烯醇-石墨烯/聚偏氟乙烯复合材料的介电损耗和介电常数均低于石墨烯/聚偏氟乙烯复合材料的相应值。这是因为覆盖在石墨烯薄片上的聚乙烯醇阻碍了石墨烯上电子的运动，使得石墨烯优异的电学性能未得到充分的发挥。另一个副作用是复合材料的渗流阈值增大。导体/聚合物复合材料取得高介电常数是源于渗流效应，绝缘层的存在阻碍了导电网络的形成，常常需要更多的导体的存在。换言之，要想获得高介电常数，往往需要添加高含量的功能体，这将劣化复合材料的工艺性，甚至力学性能等其他性能。因此，如何克服上述两个副作用，研发一种用于制备高介电常数、低介电损耗和低渗流阈值树脂基复合材料的功能体是一个具有重大应用价值的课题。

发明内容

本发明所要解决的问题是克服现有技术存在的不足，提供一种表面含有大量氨基、羟基等活性官能团的石墨烯-氧化二硼化钛复合物及其制备方法，所提供的产物可用于制备高介电常数、低介电损耗和低渗流阈值树脂基复合材料。

 实现本发明的目的技术方案是提供一种石墨烯-氧化二硼化钛复合物的制备方法，包括如下步骤：

（1）按质量计，将10份氧化二硼化钛分散到50～60份质量分数为35%～40%的过氧化氢溶液中，在100～106℃的温度条件下反应5～6h；反应结束后，经洗涤，抽滤，得到羟基化的氧化二硼化钛；

（2）按质量计，将10份步骤（1）制备的羟基化的氧化二硼化钛加入到100～120份无水乙醇中，混合后得到悬浮液；在所述的悬浮液中加入0.1～0.2份γ-氨丙基三乙氧基硅烷，在60～65℃的温度条件下反应5～6h，反应结束后，经抽滤，洗涤，干燥，得到氨基化的氧化二硼化钛；

（3）按质量计，在搅拌条件下，将1份氧化石墨分散于500～600份N,N-二甲基甲酰胺中，得到氧化石墨烯分散液；将0.005～0.5份步骤（2）制备的氨基化的氧化二硼化钛加入到所述的氧化石墨烯分散液中，在60～70℃的温度条件下反应12～24h；再加入10份L-抗坏血酸，在80～100℃的温度条件下反应24～48h，反应结束后，经抽滤、洗涤、干燥，得到一种石墨烯-氧化二硼化钛复合物。

本发明技术方案中所述的氧化石墨，其制备方法包括如下步骤：

（1）按质量计，将2份石墨、1份硝酸钠和46份质量浓度为98%的浓硫酸加入到反应器中搅拌混合，反应器放置于温度为0～4℃的冰水浴中；

（2） 在10～15℃的温度条件下，向反应器中缓慢加入6份高锰酸钾，再保温搅拌2～3h；

（3）将反应器移至温度为30～40℃的水浴中，保温搅拌30～35min；

（4）反应结束后，向反应器中缓慢滴加92份去离子水，升温至95～98℃，保温15～20min；

（5）在反应器中加入15份质量浓度为30%的双氧水，搅拌20～30min后，加入140份去离子水，得到粗产物；将所述的粗产物经离心、质量浓度为5%的盐酸洗涤、去离子水洗涤处理至pH为6～7，干燥后得到氧化石墨。