[发明专利]一种石墨烯纳米膏制备复合材料的方法

说明书

本发明公开一种石墨烯膏制备复合材料的方法。该方法是将原始石墨加入低浓度的聚合物分散液中，采用液相剥离技术，以聚合物高分子为分散剂，成功制备的石墨烯纳米膏(20‑200mg/ml)，经刮涂、蒸发、喷涂等方法制备性能优异的石墨烯/聚合物纳米复合材料。该发明所述方法制备的石墨烯纳米膏具有高分散、高浓度、高稳定性等优点，通过成型干燥后制备石墨烯基复合材料，具有石墨烯分散均匀、制备过程简单等优点，为石墨烯基复合材料的制备提供了新的思路和技术方案。

技术领域

本发明涉及复合材料的制备技术领域，尤其是涉及一种石墨烯纳米膏制备复合材料的方法。

背景技术

聚合物具有较低的质量密度、耐腐蚀、优异的可加工性能、成本低等优点，由此它在众多领域得到了广泛的应用。但是聚合物缺乏功能性，在一些需要材料具备功能性的领域，聚合物的使用便受到了限制。因而采用具备高导热高导电等优异特性的填料对聚合物改性，是拓宽其应用领域的有效途径。由于石墨烯具备优异的力学性能、导热性能、电学性能等，将其作为纳米填料加到聚合物基体中，可以有效提高聚合物的各项性能，因而将两者作为原料制备复合材料，不仅可以使复合材料具有优异的功能性，而且能够保持聚合物本身的某些优良特性。

当前，液相剥离的方法是制备石墨烯分散液的有效的方法，包括超声剥离、化学插层剥离法、球磨剥离、高压喷射、高速剪切等，是一种连续、大规模生产石墨烯分散液的方法。例如，爱尔兰都柏林圣三一大学的Coleman等人最早利用超声剥离法在氮甲基吡咯烷酮(NMP)溶剂里制备石墨烯，其浓度分别为0.01mg/mL(Nat Nanotechnol 2008,3(9),563-568)。美国德州理工大学的Green等人利用超声剥离技术，以膨胀石墨为原料，在离子液体里剥离浓度高达5.8mg/mL(Carbon 2019,142,261-268)。滕超等人利用大小球复合的技术规模化制备宏量的石墨烯分散液浓度为2.6mg/mL(Adv Funct Mater 2017,27(20),1700240)。尽管当前液相剥离技术能够制备高品质的石墨烯，但仍存在、浓度低、不能规模化生产等缺点，限制了高含量、高导热纳米复合材料的实际应用。基于此，开发一种高分散性、高稳定性连续、能连续大面积生产的方法来制备石墨烯纳米膏具有重要的意义。同时，一步法制备石墨烯/高分子材料纳米膏有利于高性能复合材料的制备，具有步骤简单，石墨烯分散均匀等特点，与当前的石墨烯复合材料的制备具有明显的区别。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种超高浓度、高产率、高稳定分散的石墨烯纳米膏及其复合材料的制备方法，以克服现有技术制备石墨烯分散液浓度低、产率低、稳定性差的问题及其制备复合材料步骤繁琐、分散性差的问题。

为实现前述发明目的，本发明采用如下技术方案：一种石墨烯纳米膏制备复合材料的方法，具体步骤如下：

(1)将固含量为0％-45％的聚合物分散到溶剂中，得到低浓度的聚合物分散液，超声0-30min，搅拌处理1-3h，搅拌速度为100-2000r/min；

(2)将石墨粉加入到步骤(1)所得的低浓度的聚合物分散液中，超声30min-1h，搅拌处理12h-200h，搅拌速度200-4000r/min；

(3)步骤(2)过程中，通过液相剥离，成功制备高浓度石墨烯纳米膏，最终制备得到的石墨烯/聚合物纳米膏的浓度为20-100mg/ml；

(4)根据需求，将步骤(3)制备的石墨烯/聚合物纳米膏直接投入使用，或者采用不同的后续工艺制备成不同形状且具备功能性的石墨烯/聚合物复合材料。

作为优选方式，所述聚合物采用聚酰胺、聚氯化铝、聚丙烯酸、聚丙烯酰胺、聚丙烯腈、聚芳酯、聚碳酸酯、四氟乙烯、聚乙烯、聚对(间)苯二甲酸二烯丙酯、酚醛树脂、聚乙二醇、丙二醇、聚丙烯、聚异戊二烯、聚异丁烯、聚苯乙烯、聚氯乙烯、聚甲醛、聚苯醚、聚氨酯、聚乙烯醇、聚乙烯基吡咯烷酮、聚偏二氟乙烯、天然橡胶、丁腈橡胶等中的一种或者多种。