[发明专利]多用途石墨烯系复合材料

说明书

本发明涉及包括水合偏硼酸钠插层的石墨烯系材料的石墨烯系复合材料。

技术领域

本发明通常涉及石墨烯系材料。特别地，本发明涉及石墨烯系复合材料、包括该复合材料的基材、该复合材料的制备方法和该复合材料的用途。

背景技术

保护例如建筑和工业基材等物体抵抗日常使用和环境条件在当今社会中存在显著的挑战。例如，很多物体会不利地受例如腐蚀、磨耗引起的磨损、细菌污染和火灾损伤等因素影响，略举数例。

应对该挑战，已经进行了大量的研究以开发用于保护物体的手段。提供此类保护的通常途径是用保护性材料涂布或处理该物体。例如，物体通常涂布有可以保护物体免受腐蚀，磨耗性磨损或细菌污染的各种涂料产品。物体也可以用阻燃剂处理，以改善其阻燃性。

虽然用于保护物体的现有技术已被证明是有效的，但所采用的许多保护系统现在都证明了它们本身的环境问题。例如，锡系抗细菌污染涂料和卤化阻燃化合物，虽然在应用中有效，但它们的使用现在引起了显著的环境问题。

进一步，从传统的保护系统缺乏在多种不同应用中使用的多功能性的意义上说，该保护系统是典型应用特定的。

石墨烯(Gr)的多种性能仅现在刚刚实现。石墨烯为碳的同素异形体，所述同素异形体具有以蜂窝状密集地填充至D晶体梯子中的典型sp²键合的碳原子的一个原子厚度的平面片状结构。共价键合的碳原子通常形成包含6元环的重复单元，但也可以形成5元环和/或7元环。此类共价键合的碳原子的层通常称为石墨烯“片(sheet)”。石墨烯可以人工合成地或通过石墨的剥落来便利地制备。

石墨烯的独特性能现在要应用于保护系统中，促进例如，改善的不透气性、耐化学性、阻燃和抗菌效果(antibacterial effects)，以及超润滑性。

然而，尽管石墨烯在保护系统中有许多的前景，但迄今所开发的许多石墨烯系保护系统不能满足传统保护系统的品质要求。许多石墨烯系保护系统因此未能成功地转换为商业上可行的产品。

因此，仍存在开发例如在保护应用中具有多种功用的新的石墨烯系材料的机会。

发明内容

本发明因此提供一种石墨烯系复合材料，其包括水合偏硼酸钠插层的石墨烯系材料。

本发明还提供一种石墨烯系复合材料的制备方法，所述方法包括(i)提供包括石墨烯系材料和水合偏硼酸钠的液体组合物，和(ii)从所述组合物中除去液体，从而保留所述组合物中的所述石墨烯系材料和所述水合偏硼酸钠，其中步骤(ii)中的除去液体的工艺促进所述水合偏硼酸钠在所述石墨烯系材料中的插层，以提供所述石墨烯系复合材料。

本发明进一步提供了一种基材，其包括石墨烯系复合材料，所述石墨烯系复合材料包括水合偏硼酸钠插层的石墨烯系材料。

已经令人意外地发现根据本发明的石墨烯系复合材料显示能够将多种改善的性能赋予至基材的特性。该复合材料显示保护各种基材耐受一系列不同环境/使用条件的独特的能力。赋予至基材的此类改善的性能令人惊讶地优于由复合材料的每种构成组分在单独使用时赋予至基材的性能。

例如，包括石墨烯系复合材料的基材可以有利地显示改善的阻燃性、改善的耐磨耗性和/或改善的抗微生物性(antimicrobial properties)。

本发明因此进一步提供具有改善的阻燃性的基材，该基材包括石墨烯系复合材料，其中该石墨烯系复合材料包括水合偏硼酸钠插层的石墨烯系材料。

本发明还提供具有改善的耐磨耗性的基材，该基材包括石墨烯系复合材料，其中该石墨烯系复合材料包括水合偏硼酸钠插层的石墨烯系材料。

本发明进一步提供了具有改善的抗微生物性的基材，该基材包括石墨烯系复合材料，其中该石墨烯系复合材料包括水合偏硼酸钠插层的石墨烯系材料。