[发明专利]亲水性石墨烯、纤维素基石墨烯柔性导电纳米纸及其制法

说明书

一种亲水性石墨烯、纤维素基石墨烯柔性导电纳米纸及其制法，属于复合材料技术领域。该亲水性石墨烯为表面吸附表面活性剂的石墨烯，按固液比，石墨烯：表面活性剂＝1g：(10～15)mL。采用该亲水性石墨烯和纳米纤维素进行混合分散，膜过滤后，得到纤维素基石墨烯柔性导电纳米纸。采用表面活性剂吸附在石墨烯表面，对石墨烯进行表面改性，无需对石墨烯进行氧化，使得石墨烯具有亲水性，并且配合超声波辅助振荡，在保证了石墨烯分散性的同时，又保证了石墨烯结构的完整。并且制作成的柔性导电纳米纸导电性能优异，柔韧性好。

技术领域

本发明属于复合材料技术领域，涉及一种柔性导电纳米纸，具体涉及一种亲水性石墨烯、纤维素基石墨烯柔性导电纳米纸及其制法。

背景技术

柔性电子这一将有机/无机材料电子器件在柔性/可延展性基板上的新兴电子技术，在不损坏本身电子性能的基础上的伸展性和弯曲性，对电路的制作材料提出了新的挑战和要求。纤维素作为一种天然高分子，广泛存在于木材、棉花、海鞘、细菌等生物质材料中。纳米纤维素由于其比表面积大、长径比高、机械强度高，在复合材料增强作用方面具有很好的应用前景，可作为一种性能优异的基体材料与导电活性物质可以形成不同微观尺度和结构特性的导电复合材料。石墨烯是一种二维碳纳米材料，是已知强度最高的材料之一，同时还具有很好的韧性，且可以弯曲，石墨烯的理论杨氏模量达1.0TPa，固有的拉伸强度为130GPa。石墨烯在室温下的载流子迁移率约为15000cm²/(V·s)，是目前已知载流子迁移率最高的物质。

柔性导电纳米纸是一种具有导电性的功能纸，可广泛用作防静电包装材料、电磁屏蔽材料、面状发热材料、新能源和电化学材料、传感和制动材料等，还可作为柔性电极在柔性电池、柔性超级电容器、柔性传感器等电子器件领域作为广泛而重要的应用。特别地，柔性导电纳米纸可以作为柔性医疗电子基板，将各种电子元器件集成在其上，从而形成皮肤状的柔性电路板，像皮肤一样具有很高的柔韧性和弹性。因此，发明一种经济、性能优良的以纳米纤维素为基体的石墨烯柔性导电纳米纸具有重要现实意义。

在纳米纤维素/石墨烯复合材料现有的技术中，中国专利公开号CN107915853A，公开日2018.04.17，发明名称为“一种纳米纤维素/石墨烯复合柔性薄膜及其制备方法与应用”，该发明公开了一种纳米纤维素/石墨烯复合柔性薄膜及其制备方法与应用，该方法利用纳米纤维素分子与石墨烯分子之间的氢键、范德华力、Π-Π键等作用，使纳米纤维素包覆在石墨烯片状结构表面，形成纳米纤维素/石墨烯(CNC-G)复合柔性薄膜，但是，由于石墨烯表面疏水，纤维素具有良好的亲水性，故导致纳米纤维素不能均匀的分散在石墨烯表面，干燥后石墨烯会发生絮聚。中国专利公开号CN105860143A，公开日2016.08.17，发明名称为“一种柔性纳米纤维素-石墨烯复合膜及其制备方法”，该方法是将氧化处理的石墨烯，超声分散后，加入纳米纤维素制成纳米纤维素-石墨烯复合膜，其导电性能有明显提高，但是，由于石墨烯的氧化过程破坏了石墨烯结构的完整性，其产品的导电性、强度、韧性都有所降低限制了其推广应用。

石墨烯大的比表面积使其在基体中容易发生不可逆团聚，这会影响石墨烯优良性能的发挥。迄今为止包括广泛使用的前驱体氧化物法，共价改性，掺杂原子，溶剂交换，负载金属纳米粒子等很多方法被提出来以实现石墨烯的单分散和功能化。一般来说，由于石墨烯的疏水性和化学惰性，相对于氧化石墨烯而言，它的分散性比较低，而在制作氧化石墨烯时会破坏石墨烯的部分结构，导电性能会较氧化之前有所下降；石墨烯的改性能在一定程度上增加石墨烯在基体中的分散性，但是在其他方面的性能却下降了；还有的方法虽然一定程度上提高了石墨烯的分散性，却大大增加了制备石墨烯复合材料的工艺过程和成本。总而言之，这些方法的最终分散效果并不尽如人意。

石墨烯均匀分散的程度决定了石墨烯导电纳米纸的性能，故石墨烯导电纳米纸生产的技术难点在于找到一种石墨烯导电纳米纸中使石墨烯均匀分散又不破坏其结构完整性的方法。

发明内容