[发明专利]一种聚乙烯吡啶修饰氧化石墨烯/金纳米粒子复合材料及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明属于信息技术和新材料领域，具体涉及一种聚乙烯吡啶修饰氧化石墨烯/金纳米粒子复合材料及其制备方法和应用。

背景技术

智能手机与平板电脑等电子产品的飞速发展对信息存储密度和容量提出了越来越高的要求，而信息存储仍是其中相对薄弱的环节之一。因此新型信息存储材料的研制是超高密度超高速信息存储的关键问题。目前绝大多数的信息存储材料及器件是由无机的硅基半导体材料构成。新型的纳米复合材料由于其量子效应与极大的比表面积，也引起了大家越来越多的重视。这些纳米复合材料在外加电场下，各组分之间发生相互作用，改变电场中载流子的状态，从而使信息存储器件呈现出不同的电阻，对应于信息存储进位系统中的0与1，表现为电学双稳态，实现了信息的存储。

具有二维纳米结构的石墨烯与具有零维纳米结构的金纳米粒子在光电器件、传感器、催化等领域有着了良好的应用前景。因此，实现石墨烯与金纳米粒子的有效复合已经成为纳米材料领域的核心研究之一。由于石墨烯与金纳米粒子的高表面能，它们都非常容易团聚。为了降低或者阻止聚集，石墨烯与金纳米粒子必须在合适的条件下稳定地分散在溶液、基体、宏观表面或界面。另一方面，由于石墨烯与金纳米粒子自身都具有良好的导电性，使其不能直接用于构造信息存储器件。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有存储效应的聚乙烯吡啶修饰氧化石墨烯/金纳米粒子复合材料及其制备方法和应用，所述的复合材料由氧化石墨烯表面接枝聚乙烯吡啶并与金纳米粒子复合而成，具有良好的具有存储效应，且将其应用于制备存储器件，存储器件的存储行为可以通过调控复合材料的组分比例来实现。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：一种聚乙烯吡啶修饰氧化石墨烯/金纳米粒子复合材料，包括由以下步骤制得的产品：

1)将0.5-1g氧化石墨烯、20-50mL的2-溴异丁酰溴和10-20mL的三乙胺分散于50-100mL的有机溶剂中，然后在冰水浴中恒温反应24-48小时，经离心、洗涤和干燥，得含有引发基团的氧化石墨烯；

2)将0.1-0.2g含有引发基团的氧化石墨烯分散在5-10mL的N,N-二甲基甲酰胺中，在氩气气氛条件下，加入8-12mg催化剂、0.15-0.3mmol配体和1.2-2mmol的4-乙烯吡啶，然后在40-60℃下恒温反应24-36小时，经离心、洗涤和干燥，得表面接枝聚乙烯吡啶的氧化石墨烯；

3)将金纳米粒子与表面接枝聚乙烯吡啶的氧化石墨烯超声分散在甲苯中，然后以3000～5000r/min的速度旋涂于在基底上，旋涂时间为30～60s，然后置于室温下干燥10～20min，得所述的聚乙烯吡啶修饰氧化石墨烯/金纳米粒子复合材料。

上述方案中，所述有机溶剂为三氯甲烷或N,N-二甲基甲酰胺。

上述方案中，所述催化剂为氯化亚铜或溴化亚铜。

上述方案中，所述配体为联二吡啶或五甲基二亚乙基三胺。

上述方案中，所述下电极为ITO导电玻璃、单晶硅或表面蒸镀有氧化铟掺锡的柔性PET聚酯薄膜。

上述方案中，所述金纳米粒子占聚乙烯吡啶修饰氧化石墨烯和金纳米粒子总质量的0.35～0.48％。

上述一种聚乙烯吡啶修饰氧化石墨烯/金纳米粒子复合材料的制备方法，包括以下步骤：

1)将0.5-1g氧化石墨烯、20-50mL的2-溴异丁酰溴和10-20mL的三乙胺分散于50-100mL的有机溶剂中，然后在冰水浴中恒温反应24-48小时，经离心、洗涤和干燥，得含有引发基团的氧化石墨烯；

2)将0.1-0.2g含有引发基团的氧化石墨烯分散在5-10mL的N,N-二甲基甲酰胺中，在氩气气氛条件下，加入8-12mg催化剂、0.15-0.3mmol配体和1.2-2mmol的4-乙烯吡啶，然后在40-60℃下恒温反应24-36小时，经离心、洗涤和干燥，得表面接枝聚乙烯吡啶的氧化石墨烯；

3)将金纳米粒子与表面接枝聚乙烯吡啶的氧化石墨烯超声分散在甲苯中，然后以3000-5000r/min的速度旋涂于在基底上，旋涂时间为30-60s，然后置于室温下干燥10-20min，得所述的聚乙烯吡啶修饰氧化石墨烯/金纳米粒子复合材料。

根据上述方案制得的具有存储效应的聚乙烯吡啶修饰氧化石墨烯/金纳米粒子复合材料可作为电活性中间层应用于制备信息存储器件，具体包括以下步骤：将聚乙烯吡啶修饰氧化石墨烯/金纳米粒子复合材料作为基底，在基底表面再蒸镀金属铝作为存储器件的上电极，得所述的信息存储器件。