[发明专利]一种高强高导电抗疲劳耐腐蚀石墨烯复合薄膜的制备方法

说明书

本发明涉及一种高强高导电抗疲劳耐腐蚀石墨烯复合薄膜的制备方法，首先将氧化石墨烯和氯化铬的混合液，经真空抽滤制得自支撑的离子交联的氧化石墨烯复合薄膜，然后将其浸泡于氢碘酸溶液中进行化学还原，得到离子交联的石墨烯复合薄膜，最后将薄膜浸泡在1‑芘丁酸N‑羟基琥珀酰亚胺酯(PSE)和1‑氨基芘(AP)溶液中，制得离子键和π键有序交联的石墨烯(SBG)复合薄膜，获得的SBG薄膜的最高拉伸强度为821MPa，相应的韧性为20MJ/m³，电导率为416S/cm。此外，该优化的SBG薄膜具有超高的抗疲劳性能、优异的电磁屏蔽效能以及超强的耐腐蚀性能。

技术领域

本发明涉及一种高强高导电抗疲劳耐腐蚀石墨烯复合薄膜的制备方法，属于纳米复合材料制备领域。

背景技术

石墨烯具有优异的力学和电学性能，其在航空航天，汽车，柔性电子器件等领域具有广泛的应用，因此，将微米尺度的石墨烯纳米片组装成宏观高性能的石墨烯纳米复合材料具有重要意义。目前，科学家主要采用以下两种策略来制备高性能石墨烯薄膜：优化石墨烯纳米片的品质和增强石墨烯层间交联作用(Adv.Mater.2016,28,7862.)。因为石墨烯主要来源于易制备的氧化石墨烯(GO)，所以第一种策略对制备高性能的石墨烯复合材料至关重要，其主要包括使用大尺寸的GO纳米片，高温煅烧，以及调制GO的本征化学结构。例如，Lin等人证实大尺寸的GO纳米片有助于同时提升石墨烯薄膜的拉伸强度和电导率(ACSNano 2012,6,10708.)，但是其优化的拉伸强度仍低于100MPa；高超等人高温煅烧(3000℃)大尺寸GO纳米片组装的石墨烯薄膜(Adv.Mater.2017,29,1700589.)，使其导电性能和柔韧性大幅提升，但是其拉伸强度仅为60MPa；石高全等人在70℃下热处理GO分散液(Adv.Mater.2015,27,6708.)，使GO纳米片表面的氧化区域和非氧化区域分离，进而自交联成凝胶，该凝胶制成的薄膜，其拉伸强度虽然达到614MPa，但是仍远低于石墨烯纳米片的拉伸强度。

另一方面，界面交联策略可以有效提高石墨烯片层之间的应力传递效率，从而大幅提升石墨烯复合薄膜的力学性能，其主要包括氢键，离子键，π键，共价键以及多种界面和基元材料的协同增韧作用(Adv.Funct.Mater.2017,27,1703459.)。例如，Liao等人利用氢键交联作用(Adv.Mater.2012,24,3426.)，制备了高强的石墨烯薄膜；石高全等人采用π-π共轭作用(J.Am.Chem.Soc.2008,130,5856.)，提高了还原氧化石墨烯(rGO)的层间强度；程群峰等人在石墨烯层间引入共价交联作用(Angew.Chem.Int.Ed.2013,52,3750.)，制备了高韧的石墨烯薄膜；Tsukruk等人基于石墨烯，纤维素纳米晶，以及聚乙烯亚胺之间的协同强韧作用(Adv.Mater.2016,28,1501.)，制备了超高刚度的石墨烯薄膜，其模量高达169GPa；程群峰等人利用共价键和氢键协同交联作用(ACS Nano 2015,9,9830.)，大幅提升了石墨烯薄膜的拉伸强度(526.7MPa)和韧性(17.7MJ/m³)；石高全等人在石墨烯层间引入氢键和π键协同交联作用(Adv.Mater.2014,26,7588.)，有效增强了石墨烯薄膜的力学性能；最近石高全等人还利用纤维素纳米晶诱导的拓扑结构以及协同强韧效应(Adv.Mater.2017,29,1702831.)，制备了高强的石墨烯薄膜，其拉伸强度高达765MPa。然而上述策略存在以下问题：界面交联剂阻碍了石墨烯层间的电子传递，从而使石墨烯薄膜的电导率降低(Adv.Mater.2016,28,7862.)。因此，将石墨烯纳米片组装成兼具高强度高导电的宏观石墨烯薄膜仍然是一个巨大挑战。截至目前，还没有利用离子键和π键有序交联来制备高强高导电石墨烯复合薄膜的相关文献和专利报道。

发明内容

本发明的技术解决问题：克服现有技术的不足，提供一种高强高导电石墨烯复合薄膜的制备方法，制得的薄膜不仅具有超高的拉伸强度和电导率，而且还具有优异的抗疲劳性能、电磁屏蔽效能以及耐腐蚀性能。