[发明专利]导电复合材料

说明书

一种导电复合材料包含纳米晶纤维素和氧化石墨烯的基质。该基质在其至少一个区域内，通过取决于该基质的这一部分中的纳米晶纤维素的质量浓度而在该区域中具有p型电荷载流子导电性或n型电荷载流子导电性，而是单极性的。

技术领域

本发明涉及一种导电复合材料，特别是一种导电薄膜复合材料。它还涉及用于生产这种复合材料的方法，以及该复合材料的用途。

背景技术

有机半导体材料的电子应用取决于p型和n型电荷载流子的可用性。制造这些电荷载流子的明确定义的顺序各层或空间图案的难易程度决定了应用的输出和范围。石墨烯基有机半导体的制造因其表现出的特性而备受关注，并且在各种领域中都有潜在的应用。

用于制造石墨烯基有机半导体的一种这样的材料是氧化石墨烯。氧化石墨烯是已知在基面上包含许多主要是醇和环氧化物的氧化物官能团的材料。它与石墨具有显著的结构相似性，但表现出更长的层间间距，该层间间距在范围内。层间隔距离取决于湿度水平和水嵌入程度。由于较弱的π-π堆积力和带负电的薄片之间的强静电排斥作用，氧化石墨烯在水中的溶液表现出热力学稳定性。在基面和薄片边缘上的几个含氧官能团的存在，使得氧化石墨烯可以通过氢键、共价键和/或离子键与多种材料相互作用，形成杂化物和复合材料。sp²和sp³杂化碳原子的存在会导致氧化石墨烯薄片的平移对称性差或没有平移对称性。因此，尽管氧化石墨烯中晶胞的总体尺寸通常与单层石墨烯的相似，但与官能团连接的碳原子却略有位移。从氧化石墨烯平面突出的官能团有望解耦相邻层的碳主链中C＝C、sp²域之间的相互作用。然而，拓扑缺陷与氧官能团，可能形成更强的物理键，尤其是与极性客体(当这种极性客体用于与氧化石墨烯形成复合材料时)。

通常，氧化石墨烯复合材料是双极性的。迄今为止，为了破坏氧化石墨烯复合材料的双极性特性的对称性，已经对这种复合材料进行了掺杂。因此，传统上，这是通过根据掺杂剂将双极性器件(例如硅芯片)掺杂为p型或n型来完成的。然而，这种掺杂技术是费时且劳动密集型的。

发明内容

本发明的目的是提供一种氧化石墨烯复合材料，由此至少改善了该缺点。

因此，根据本发明的第一方面，提供了一种导电复合材料，其包括

纳米晶纤维素(nanocrystalline cellulose，NCC)和氧化石墨烯(grapheneoxide，GO)的基质，所述基质在其至少一个区域内，通过取决于所述基质的这一部分中的所述纳米晶纤维素的质量浓度而在所述区域中具有p型电荷载流子导电性或n型电荷载流子导电性，是单极性的。

所述复合材料可以是膜的形式，特别是薄膜的形式。在本说明书中，提到薄膜是指厚度通常小于24μm的膜。

因此所述复合材料的特征可以为，其不包含掺杂剂或者元素掺杂剂，例如元素周期表第V族的用于n型掺杂的元素，如磷，和/或元素周期表第III族的用于p型掺杂的元素，如硼。

在本发明的一个实施例中，基质/复合材料中NCC的质量比例或质量浓度可以为≤7％或≥35％。所述复合材料于是具有p型或至少主要是p型的电荷载流子导电性。于是，NCC的质量浓度可以≤5％，例如约5质量％或约1质量％，或者可以≥40％，例如约50质量％。

在本发明的另一个实施例中，基质/复合材料中NCC的质量比例或质量浓度可以为7％且35％。于是，NCC的质量浓度可以8％且35％，例如约10质量％或约20质量％，其被认为对于n型特性是最佳的。所述复合材料于是具有n型或至少主要为n型的电荷载流子导电性。

在本说明书中，质量浓度是指成分浓度占复合材料的单位质量的百分比。因此，20％的NCC质量浓度(即20质量％)意味着所述复合材料按质量计包含20％NCC。