[发明专利]一种石墨烯纳米复合薄膜的生产工艺

权利要求书

1.一种石墨烯纳米复合薄膜的生产工艺，其特征在于，其包括如下步骤：

（1）将鳞片石墨、NaNO₃ 固体混合物、高锰酸钾按比例配加入一定量的浓硫酸溶液中制备氧化石墨烯粉末；

所述步骤（1）制备氧化石墨烯粉末的具体步骤如下：

（1.1）在干燥的烧杯中加入46mL浓硫酸，用冰水冷却至6-10℃，在磁力搅拌棒不断搅拌下加入2g的鳞片石墨和1g NaNO₃ 的固体混合物，再缓慢加入6g粉末高锰酸钾，同时控制反应温度在10-20℃；

（1.2）待KMnO₄ 加完后移去水浴，待温度上升到35℃，温度严格控制在33-35℃继续搅拌30-40min；

（1.3）缓慢加入92mL去离子水，继续搅拌15-20min；

（1.4）再加入142mL 去离子水进行稀释，常温条件下反应12-14h，然后加入一定量的质量分数为30%的双氧水还原残留氧化剂，持续5-10分钟，溶液变为亮黄色；然后趁热离心，得到黄褐色的残留物；

（1.5）分别用体积分数为5%HCl溶液和去离子水洗涤3-5次，每洗涤一次离心一次，转速控制在4000rpm，同时用pH 试纸检测，直到滤液为中性，用氯化钡检测无硫酸根为止；

（1.6）最后将滤饼置于60℃的干燥箱中充分干燥，得到氧化石墨烯粉末；

（2）将步骤（1）所得到的氧化石墨烯粉末进行改性处理，将其超声分散于100mL去离子水和100mL乙醇中，并在N₂保护下加热，依次加入浓HCl、3-氨丙基三甲氧基硅烷、水合肼和氨水后反应制备石墨烯粉末；

（3）将步骤（2）所得到的石墨烯粉末超声分散于N，N-二甲基甲酰胺溶液中配成2.0g·L^-1的石墨烯分散液；

（4）将步骤（3）得到的石墨烯分散液加入到一定量的4，4'-二氨基二苯醚中，待4，4'-二氨基二苯醚完全溶解后，向该溶液中加入均4，4'-氧双邻苯二甲酸酐和苯四甲酸二酐，然后搅拌反应制得混合胶液；

（5）将步骤（4）制得的混合胶液过滤后，置于干净的玻璃板上用铺膜机以一定厚度铺膜，然后放入烘箱中阶梯式程序升温制得石墨烯纳米复合薄膜，具体为石墨烯-聚酰亚胺复合薄膜；

（6）将步骤（5）制得的石墨烯纳米复合薄膜依次经过碱溶液处理、离子交换处理和热处理得到导电性能极高的石墨烯纳米复合薄膜；所述步骤（6）中碱溶液处理的具体方法为：将制得的石墨烯薄膜在4mol/L的KOH溶液中浸泡一定时间，在石墨烯薄膜表面生成酰亚胺酸钾，取出薄膜，用去离子水冲洗，去除表面未参与反应的KOH；所述步骤（6）中离子交换处理的具体方法为：将经过碱溶液处理的石墨烯薄膜浸泡在0.04mol/L的AgNO₃溶液中20-30分钟，然后取出薄膜用大量去离子水冲洗，再晾干；所述步骤（6）中热处理的具体方法为：将经过离子交换处理的石墨烯薄膜放置于烘箱的玻璃板中，升温固化还原银，待烘箱降为室温，取出玻璃板，用去离子水浸泡玻璃板使石墨烯薄膜分离下来，然后在50℃真空烘箱中烘干得到导电性能高的石墨烯纳米复合薄膜。

2.根据权利要求1所述的一种石墨烯纳米复合薄膜的生产工艺，其特征在于：所述步骤（2）中在N₂保护下加热至60-64℃。

3.根据权利要求1所述的一种石墨烯纳米复合薄膜的生产工艺，其特征在于：所述步骤（2）中是先加入0.5ML36%-38%的浓HCl后，在0.5h内均匀滴加2g的3-氨丙基三甲氧基硅烷；然后保温继续反应12-14h，并加入2mL85 %的水合肼和0.5mL25 %-28%的氨水后升温至80℃继续反应4-5h。

4.根据权利要求1或3所述的一种石墨烯纳米复合薄膜的生产工艺，其特征在于：所述步骤（2）中，最后是将反应液抽滤，滤渣用无水乙醇彻底冲洗，在80℃真空干燥即可得到石墨烯粉末。

5.根据权利要求1所述的一种石墨烯纳米复合薄膜的生产工艺，其特征在于：所述步骤（4）中均4，4'-氧双邻苯二甲酸酐和苯四甲酸二酐同时加入，并且采用少量多次等量加入的方式进行添加，加完后搅拌3-4小时。

6.根据权利要求1所述的一种石墨烯纳米复合薄膜的生产工艺，其特征在于：所述步骤（5）中阶梯式程序升温的温度梯度具体为：80℃/30min、120℃/30min、160℃/30min、200℃/30min、240℃/30min、280℃/30min、320℃/30min。