[发明专利]改性三维石墨烯及其制备方法和聚合物复合材料及其制备方法

说明书

本发明涉及聚合物复合材料领域，具体地，涉及改性三维石墨烯及其制备方法和聚合物复合材料及其制备方法。所述改性三维石墨烯上连接有由改性剂提供的改性基团，所述改性剂为芳香二胺类化合物。本发明提供的改性三维石墨烯具有较高的形状稳定性，所得的聚合物复合材料具有优异的力学性能，并且可以在较低的石墨烯含量下，获得较高的导电率。

技术领域

本发明涉及聚合物复合材料领域，具体地，涉及改性三维石墨烯及其制备方法和聚合物复合材料及其制备方法。

背景技术

石墨烯是排布于同一平面的单层碳原子，碳碳之间键长为0.142nm，以二维蜂窝晶格形式排列。石墨烯中的电子具有相对论性粒子特征，几乎没有质量，使石墨烯具有量子霍尔效应。石墨烯具有极高的电子迁移率(在室温下高达250000CM²/Vs)，出众的热导率(5000W/mK)和优异的力学性能(杨氏模量高达1TPa)。这些诸多优异特性使石墨烯在不同领域都具有很大的应用前景，例如单层分子气体探测，透明电极，复合材料以及能量存储设备(超级电容器，锂电池)等。

尤其在材料领域，石墨烯的研究已经扩展到很多的应用领域，例如大规模自组装，场效应设备，传感器，透明电极，光学探测器，太阳能电池，能量存储装置，聚合物复合材料以及纳米复合材料等。

石墨烯及其衍生物是制备聚合物基复合材料的理想填料，赋予复合材料优异力学性能及特殊功能性，在电子、航空、汽车以及新能源领域有着广泛的应用前景。制备石墨烯/聚合物复合材料的主要难点是：

1、易于堆叠以及在基体或者溶液中分散不均匀；

2、石墨烯材料易于折皱和弯曲。

基于三维石墨烯的聚合物复合材料可以很好的解决上述问题。但由于三维石墨烯缺少支撑材料，制备的三维石墨烯往往形状稳定性不佳，影响了复合材料的综合性能。

发明内容

本发明的目的在于提供一种形状稳定性高、能够赋予聚合物复合材料较高力学性能的改性三维石墨烯及其制备方法和聚合物复合材料及其制备方法。

为了实现上述目的，本发明一方面提供一种改性三维石墨烯，所述改性三维石墨烯上连接有由改性剂提供的改性基团，所述改性剂为芳香二胺类化合物。

本发明第二方面提供一种改性三维石墨烯的制备方法，该方法包括：

(1)将改性剂与氧化石墨烯溶液混合，而后引入还原剂并调节反应体系的pH至碱性，得到碱性溶液；所述改性剂为芳香二胺类化合物；

(2)将步骤(1)的碱性溶液进行保温处理，以制得石墨烯水凝胶；

(3)将所述石墨烯水凝胶中未反应的改性剂除去后，进行冷冻干燥处理，由此获得改性三维石墨烯，该改性三维石墨烯上连接有由改性剂提供的改性基团。

本发明第三方面提供由上述方法制得的改性三维石墨烯。

本发明第四方面提供一种聚合物复合材料，该聚合物复合材料包括上述改性三维石墨烯和固化的聚合物，该聚合物为热固性聚合物，所述改性三维石墨烯的孔隙中填充有所述固化的聚合物。

本发明第五方面提供一种聚合物复合材料的制备方法，该制备方法包括：将上述改性三维石墨烯浸于聚合物中，而后进行加热固化以得到聚合物复合材料，该聚合物为热固性聚合物，该聚合物复合材料中，所述改性三维石墨烯的孔隙中填充有固化的聚合物。

本发明第六方面提供由上述制备方法制得的聚合物复合材料。

本发明提供的改性三维石墨烯具有较高的形状稳定性，所得的聚合物复合材料具有优异的力学性能，并且可以在较低的石墨烯含量下，获得较高的导电率。

附图说明