[发明专利]功能化碳材料及其制备方法、分散液及其应用

说明书

本发明提供了功能化碳材料及其制备方法、分散液以及导电油墨或电池导电添加剂。其中，功能化碳材料的制备方法包括：将碳材料与高分子聚合物混合之后进行干法球磨，以便得到所述功能化碳材料。该方法操作简单、方便，易于实现，成本低，为以后的工业化生产提供显著的竞争优势。

技术领域

本发明涉及材料技术领域，具体的，涉及功能化碳材料及其制备方法、分散液及其应用。

背景技术

目前，利用碳材料制备导电油墨受到广泛的关注。其中，石墨烯具有其特殊的物理性能、大的理论比表面积(2600m²/g)，突出的导热性能(3000W/(m·K))和力学性能(1060GPa)，以及室温下高的电子迁移率(5000cm²/(V.s))，其特殊的sp2杂化碳原子排列组成的二维蜂窝状晶体结构，使其具有完美的量子隧道效应、半整数的量子霍尔效应。这些优异的性能决定了其在电子、生物医药、信息和能源领域具有重大的应用前景。然而，石墨烯片层间有较强的范德华力，非常容易发生聚集，使其难溶于水及常用的有机溶剂，大大影响实际应用中石墨烯性能的发挥，导致利用石墨烯制备得到的导电油墨的性能较差。

因而，目前的导电油墨仍有待改进。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种操作简单、方便、易于实现、成本低、或者工业化生产具有竞争优势的功能化碳材料的方法。

在本发明的一个方面，本发明提供了一种制备功能化碳材料的方法。根据本发明的实施例，该方法包括：将碳材料与高分子聚合物混合之后进行干法球磨，以便得到所述功能化碳材料。发明人发现，该方法操作简单、方便，易于实现，通过干法球磨可以使得碳材料和高分子聚合物之间通过非共价键复合在一起，对碳材料的功能化修饰非常高效，尤其适用于制备亲水性或者亲油性的功能化碳材料，进而使得得到的功能化碳材料可以均匀、稳定的分散到水或溶剂中，且可实现较高的固含量，从而可以高效用于制备导电油墨或者电池导电添加剂，且上述方法成本低，为工业化生产提供显著的竞争优势。

根据本发明的实施例，所述碳材料选自石墨烯、活性炭、碳纳米管、软碳和硬碳中的至少一种。

根据本发明的实施例，所述高分子聚合物具有疏水性官能团，所述疏水性官能团包括醚基和烃基中的至少一种。

根据本发明的实施例，所述高分子聚合物还具有亲水性官能团，所述亲水性官能团包括羧基和羟基中的至少一种。

根据本发明的实施例，所述高分子聚合物选自羧甲基纤维素钠(CMC)、栀子蓝、乙基纤维素(EC)和胡萝卜素中的至少一种。

根据本发明的实施例，将所述碳材料与所述高分子聚合物的按照质量比为40:1-20:1的比例混合。

根据本发明的实施例，所述干法球磨是在行星球磨机中进行的，所述行星球磨机中的磨料与所述碳材料的质量比为40:1-20:1。

根据本发明的实施例，所述干法球磨的转速为100rpm-400rpm，时间为1h-3h。

根据本发明的实施例，在干法球磨之后，还包括：将所述干法球磨获得的产物加入到溶剂中进行超声处理，得到混合溶液；对所述混合溶液进行离心处理，将获得的上清液进行过滤，然后收集滤饼并进行干燥，得到所述功能化碳材料。

根据本发明的实施例，基于所述功能化碳材料的总质量，所述高分子聚合物的含量为1wt％-2wt％。

根据本发明的实施例，所述功能化碳材料的形状为片状，且所述功能化碳材料的尺寸为1μm-30μm。