[发明专利]石墨烯气凝胶-聚亚胺复合膜材及其制备方法

说明书

本发明公开了石墨烯气凝胶‑聚亚胺复合膜材及其制备方法，涉及柔性电子领域。本发明复合材料的原料包括质量比为1：6‑1：200的石墨烯气凝胶和聚亚胺，采用机械混合和化学交联的方式制备，利用改良的hummers法制备氧化石墨烯，后经水热法还原成石墨烯水凝胶，再借助定向冷冻‑冻干和高温退火的工艺获得石墨烯气凝胶。在此基础上，将石墨烯气凝胶均匀分散到溶液中，然后依次加入二醛化合物，二胺化合物以及交联剂三胺化合物，混合均匀后倒入模具经梯度升温蒸干溶剂成膜，得到的膜材不仅保留了石墨烯气凝胶的层状结构及优异的导电性，还能借助亚胺键的可逆性实现可修复性与回收再利用，为柔性电子材料的可持续发展方向提供了新思路。

技术领域

本发明涉及导电材料领域，具体涉及石墨烯气凝胶-聚亚胺复合膜材及其制备方法。

背景技术

聚亚胺树脂是一种新型热固性材料，属于体型高分子材料一类。聚亚胺树脂在水和（或）热的驱动下，由醛胺缩合反应及亚胺交换反应而成，亚胺键的动态共价相互作用使得聚亚胺具有可锻塑性，可修复性及可回收性等优异性能。聚亚胺可以方便地在室温条件下通过热压成型或溶剂润湿条件进行自修复。此外，不同聚亚胺合成前体可赋予聚亚胺材料不同的机械性能，因而被广泛运用。但是纯的聚亚胺为绝缘材料，限制了其进一步的运用，因此，对聚亚胺树脂进行改性，使其具有导电性能，是拓展其运用的重要方向。

石墨烯气凝胶具有超低密度和超高孔隙率的特点，并且具有极佳的导电特性，对高分子基体材料具有显著的前述增强效果。

发明内容

本发明的目的在于提供一种石墨烯气凝胶-聚亚胺复合膜材，该材料兼具石墨烯气凝胶的导电性能和聚亚胺树脂的可修复和回收性能。

本发明采用如下的技术方案：

石墨烯气凝胶-聚亚胺复合膜材，其特征在于该复合膜材包含聚亚胺和石墨烯气凝胶，其质量比为6：1-200：1。

石墨烯气凝胶-聚亚胺复合膜材的制备方法，其特征在于该方法包括如下步骤：

步骤1，将二醛化合物加入对二醛化合物具有较好溶解性的有机溶剂中，完全分散后，加入石墨烯气凝胶，经磁力搅拌及超声后完全分散，得到第一溶液；其中：

二醛和石墨烯气凝胶的质量比为3：1-130：1，溶质与溶剂浓度为30 mg/ml- 150mg/ml；

步骤2，将二胺化合物胺源、三胺化合物交联剂均匀分散于溶剂中，获得第二溶液，与第一溶液混合均匀后倒入模具中成膜；其中：

第二溶液中二胺化合物与三胺化合物的摩尔比为3：5-4：5，溶质与溶剂的浓度为20 mg/ml-210 mg/ml；第一溶液与第二溶液混合物中二醛化合物与三胺化合物的摩尔比为2：1-3：1；

步骤3，采用梯度升温的方式处理模具中的薄膜，具体是：

室温下放置0.5-3 h，薄膜由溶液状态变为乳胶状；

然后升温至40 ℃ 保持0.5-3 h，薄膜由乳胶状变为胶体状；

继续升温至60-65 ℃，保温4-12 h；

随后升温至75-80 ℃，保温2-4 h；

最后升温至85-90 ℃，保温2-4 h；

步骤4，对薄膜进行热压处理，在80-100 ℃下热压1-6 h。

步骤1和2中所述的对二醛化合物具有较好溶解性的有机溶剂包括N,N-二甲基甲酰胺、二甲亚砜、二甲基乙酰胺、N-甲基吡咯烷酮、四氢呋喃、乙酸乙酯、二氯甲烷或乙醇。

所述的二胺化合物胺源包括二乙烯三胺、三（2-氨基乙基）胺、乙二胺或2,2'-二氨基-N-甲基二乙胺）。