[发明专利]一种直立型石墨烯-高分子聚合物复合材料及其制备方法

权利要求书

1.一种直立型石墨烯-高分子聚合物复合材料，其特征在于，包括衬底、直立型石墨烯和高分子聚合物，所述直立型石墨烯生长于衬底表面，所述高分子聚合物固化成膜并均匀负载于直立型石墨烯表面和边缘；

其中，所述直立型石墨烯-高分子聚合物复合材料的制备方法，至少包括如下步骤：

第一步，将衬底放入等离子体化学气相沉积装置的真空腔中，并通入还原性气体，通过流量调节维持装置内的低压状态，对衬底进行等离子体刻蚀；

第二步，刻蚀反应结束后通入保护气体，升温后通入碳源和缓冲气体，通过流量调节维持装置内的低压状态；

第三步，对刻蚀好的衬底进行等离子体化学气相沉积反应，反应结束后待设备温度降至室温，即可在衬底表面生长直立型石墨烯；

第四步，配制高分子聚合物溶液；

第五步，将高分子聚合物溶液涂覆在直立型石墨烯表面和边缘；

第六步，对涂覆在直立型石墨烯表面和边缘的高分子聚合物进行固化成膜处理，即可获得直立型石墨烯-高分子聚合物复合材料；

其中，所述低压状态的真空度稳定在5Pa-30Pa，等离子体设备提供的功率密度为1-50瓦每平方厘米；

所述直立型石墨烯由低压下的等离子辅助化学气相沉积法制备而成，其结构包括靠近衬底的平面石墨烯层和嵌入高分子聚合物的直立石墨烯层两部分；

所述平面石墨烯层的厚度为2～30纳米，所述直立石墨烯层的高度为0.01～20微米，比表面积介于1000～2600m²/g，其密度、弯曲度可调制。

2.根据权利要求1所述的直立型石墨烯-高分子聚合物复合材料，其特征在于，所述衬底可为平滑硬质材料，为高导电碳纸、抛光硅晶片、抛光石英片、氧化镁、二氧化硅、三氧化二铝、氮化铝中的至少一种，便于将直立型石墨烯-高分子聚合物复合材料从衬底剥离,所述衬底亦可为耐高温导电材料，为导电碳纸、石墨纸、碳布、金属箔、金属网中的至少一种，便于作为器件导通电路。

3.根据权利要求1所述的直立型石墨烯-高分子聚合物复合材料，其特征在于，所述高分子聚合物的薄膜在直立石墨烯表面和边缘的覆盖率控制在0～100％，厚度控制在0.1～500微米，孔洞率控制在0-90％，其孔洞线度为0.01～10微米。

4.根据权利要求1所述的直立型石墨烯-高分子聚合物复合材料，其特征在于，所述高分子聚合物为PVDF、PS、PE、PDMS、PMMA、Nafion、PEO、PP、PVC、PVB、PES、PA、PI、PO、PC、PU、PTFE、PAN、PANI、PEDOT、PT、Polyfluorene、PVDC、PET、PPS、ABS、环氧树脂中的至少一种。

5.根据权利要求1-4任一项所述的直立型石墨烯-高分子聚合物复合材料的制备方法，其特征在于，至少包括如下步骤：

第一步，将衬底放入等离子体化学气相沉积装置的真空腔中，并通入还原性气体，通过流量调节维持装置内的低压状态，对衬底进行等离子体刻蚀；

第二步，刻蚀反应结束后通入保护气体，升温后通入碳源和缓冲气体，通过流量调节维持装置内的低压状态；

第三步，对刻蚀好的衬底进行等离子体化学气相沉积反应，反应结束后待设备温度降至室温，即可在衬底表面生长直立型石墨烯；

第四步，配制高分子聚合物溶液；

第五步，将高分子聚合物溶液涂覆在直立型石墨烯表面和边缘；

第六步，对涂覆在直立型石墨烯表面和边缘的高分子聚合物进行固化成膜处理，即可获得直立型石墨烯-高分子聚合物复合材料。

6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述还原性气体为氢气和氩气中的至少一种，所述低压状态为真空度稳定在5Pa～30Pa。

7.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述保护气体为氮气和氩气中的至少一种，所述碳源为甲烷、乙烷、乙烯、丙烯、乙炔、甲醇、乙醇、丙酮、苯、甲苯，二甲苯和苯甲酸中的至少一种，所述缓冲气体为氢气、氩气中的至少一种。