[发明专利]硅烷化石墨烯/硅橡胶复合材料及其制备方法和应用

说明书

一种硅烷化石墨烯及其制备方法和应用以及硅烷化石墨烯/硅橡胶复合材料及其制备方法，该硅烷化石墨烯的制备方法包括：将氨基硅烷偶联剂和氧化石墨烯混合得到第一分散液，第一分散液反应后得到自组装单层分子改性的AGO；将AGO和原硅酸四乙酯混合得到第二分散液，调节第二分散液的pH至碱性，反应后得到硅烷化石墨烯。本发明的硅烷化的石墨烯AGO‑TEOS，使得石墨烯片层之间的相互作用力减弱，不易发生团聚，更进一步增强了石墨烯与硅橡胶之间的相容性，使其可以均匀地分散在硅橡胶基体中，从而达到了对硅橡胶的增强作用。

技术领域

本发明涉及高分子复合材料领域，具体涉及一种硅烷化石墨烯/硅橡胶复合材料及其制备方法和应用。

背景技术

硅橡胶(SR)由于其耐辐射，耐腐蚀，化学稳定性，热稳定性，在极端温度下具有出色的耐疲劳性，生理相容性以及其他出色的物理化学特性而吸引了大家的注意。由于这些特殊的性质，硅橡胶在航空，电子设备，机械，医疗设备和仪器等方面具有广泛的应用。但是，未填充的硅橡胶机械性能较差，拉伸强度仅为0.4MPa，断裂伸长率为110.67％，极大地限制了其广泛的应用。众所周知，可以使用纳米材料或纳米复合材料增强硅橡胶以提高其性能，其中石墨烯引起了广泛关注。但是，石墨烯与硅橡胶的相容性极差，很容易在硅橡胶基体中发生团聚，如何对石墨烯进行改性制备性能优异的石墨烯/硅橡胶复合材料仍是个挑战。

由于其特殊的二维蜂窝状晶格结构，石墨烯具有出色的机械、电、热、光学性能以及超高的比表面积，这使得石墨烯在电池、传感器、柔性显示器、电子设备和复合材料等多个领域具有巨大的应用潜力。石墨烯基复合材料是石墨烯应用的重要研究方向。从理论上讲，石墨烯的杨氏模量可以达到1.0TPa，因此添加少量石墨烯可以大大提高复合材料的力学性能。在过去的研究中，石墨烯已作为一种新型填料添加到各种聚合物基体中，这给聚合物基体带来了许多特殊性能，通常，石墨烯复合聚合物材料具有更高的机械强度，电导率和导热率，使得复材料具有更广阔的应用价值和前景。

石墨烯复合高分子材料的性能主要取决于石墨烯在基体中的分散度以及石墨烯与基体之间的相互作用。然而，由于石墨烯片之间的作用力强，并且石墨烯与聚合物基体之间的相容性很差，因此石墨烯纳米片容易在聚合物基体中团聚，这极大地限制了石墨烯在复合材料中的增强作用。通常，研究人员可能会寻求更合适的复合方法并在功能上对氧化石墨烯进行改性以解决这一问题。

目前，将石墨烯和聚合物基体结合起来的主要方法有三种：机械混合，溶液/胶乳共混和原位聚合。机械混合简单且易于大量生产，但是石墨烯在基质中的分散性很差。相反，石墨烯在通过溶液/胶乳混合和原位聚合获得的复合物中可以获得优越的分散性。但是，溶液/胶乳混合和原位聚合不适用于一般聚合物，溶液混合方法需要大量溶剂，如何有效去除工艺中使用的溶剂仍然是广泛使用该技术的重要问题。原位聚合的另一个限制因素是在该方法中聚合物的分子链可能会附着在石墨烯上，从而影响进一步聚合。氧化石墨烯的表面含有许多羟基，羧基和环氧基，它们为有机化学反应提供了反应位置，利用具有特定结构的有机分子与这些基团进行反应，可以获得官能化的还原石墨烯。如果官能化的石墨烯可以进一步与聚合物基质相互作用，则可以显着改善石墨烯在基质中的分散性，这有利于增强复合材料的性能。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的之一在于提出一种硅烷化石墨烯及其制备方法以及硅烷化石墨烯/硅橡胶复合材料及其制备方法和应用，以期至少部分地解决上述技术问题中的至少之一。

为了实现上述目的，作为本发明的一个方面，提供了一种硅烷化石墨烯的制备方法，包括：

将氨基硅烷偶联剂和氧化石墨烯混合得到第一分散液，第一分散液反应后得到自组装单层分子改性的AGO；

将AGO和原硅酸四乙酯混合得到第二分散液，调节第二分散液的pH至碱性，反应后得到硅烷化石墨烯。

作为本发明的另一个方面，还提供了一种硅烷化石墨烯，采用如上所述的制备方法获得。