[发明专利]一种石墨烯材料及其制备方法

说明书

一种石墨烯材料，其组分及质量比为：氧化石墨烯：表面活性剂：硅烷偶联剂溶液：去离子水＝1:(10～50):(5～10):(40～80)。本发明将氧化石墨烯先通过表面活性剂均匀分散后，再经硅烷偶联剂改性，得到的石墨烯材料在与基体树脂材料加工过程中相容性好；均匀分散的石墨烯材料也提高了自身吸附能力，能更好地发挥自身优异性能。

技术领域

本发明属于石墨烯材料技术领域，特别涉及一种石墨烯材料及其制备方法。

背景技术

石墨烯是由杂化的碳原子构成的二维碳原子片，碳原子呈六方蜂窝状；其由一层碳原子构成的特点被赋予了多种性能；氧化石墨烯是在石墨烯的基础上引入功能性的基团，使其具有某些新特性的一种功能化的石墨烯，功能性的基团包括位于氧化石墨烯的基面上的羟基和环氧基以及边缘处的羧基和羟基，利用氧化石墨烯表面基团可以进行原位聚合改性，提高石墨烯在基体材料中的分散性，降低石墨烯的改性用量。

基于石墨烯众所周知的优良性能，科研工作者将其作为增强体加入到树脂材料中以提高树脂材料的性能；为了增加石墨烯材料与树脂材料的相容性，一般要对石墨烯材料进行偶联剂改性处理。

但是，由于石墨烯材料较大的比表面积，再加上片层与片层之间容易产生相互作用，极易出现团聚现象，石墨烯团聚体不仅降低了自身的吸附能力而且阻碍石墨烯自身优异性能的发挥，从而影响了石墨烯增强复合材料性能的改进；同时，石墨烯团聚也影响偶联剂改性效果，因为偶联剂只能包覆在石墨烯团聚体外表面，这样在树脂材料加工过程中，当外界施加机械剪切力后，石墨烯团聚体分离，只有外层石墨烯表面包覆有偶联剂，其内层石墨烯表面未包覆偶联剂，直接影响石墨烯与树脂材料的相容性。

发明内容

本发明针对现有技术存在的不足，提供了一种石墨烯材料及其制备方法，具体技术方案如下：

一种石墨烯材料，其组分及质量比为：氧化石墨烯：表面活性剂：硅烷偶联剂溶液：去离子水＝1:(10～50):(5～10):(40～80)。

进一步地，所述表面活性剂为聚乙烯吡咯烷酮。

进一步地，所述硅烷偶联剂溶液由20％硅烷偶联剂、70％无水乙醇和10％去离子水构成。

进一步地，所述硅烷偶联剂为γ-氨丙基三乙氧基硅烷和γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷中的一种或两种组成。

一种石墨烯材料的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：

S1、氧化石墨烯的制备：

通过超声波法制备，将膨胀石墨用氧化剂氧化，再用还原剂还原多余的氧化剂，然后过滤、洗涤、超声分散、剥离、干燥得到氧化石墨烯；

S2、氧化石墨烯分散液的制备：

首先将上述表面活性剂添加去离子水，搅拌溶解后得到表面活性剂溶液；然后按照上述组分比例，将步骤S1得到的氧化石墨烯添加到表面活性剂溶液中，在常温下，在功率200W下超声分散1～2h，并混合搅拌均匀即可得到氧化石墨烯分散液；

S3、硅烷偶联剂溶液的制备：

按照上述组分比例，将硅烷偶联剂、无水乙醇和去离子水混合搅拌至澄清得到混合液；

S4、表面改性制备石墨烯材料：

首先将S2步骤中得到的氧化石墨烯分散液放置于反应釜中，然后按照上述组分比例，加入S3步骤中得到的硅烷偶联剂溶液，加温搅拌3～5h后，搅拌温度为60～80℃，继续搅拌冷却至室温，然后用去离子水洗涤至中性，即可得到经过改性的石墨烯材料。

进一步地，所述氧化剂由高锰酸钾和硝酸钠组成。

进一步地，所述还原剂为过氧化氢水溶液、水合肼和硼氢化钠中的任意一种。