[发明专利]三维整体石墨烯气凝胶-聚亚胺复合材料及其制备方法

说明书

三维整体石墨烯气凝胶‑聚亚胺复合材料及其制备方法，涉及材料领域。三维整体石墨烯气凝胶‑聚亚胺复合材料，其特征在于该复合材料为整体块状，聚亚胺在石墨烯气凝胶的孔内原位聚合成聚亚胺；聚亚胺是通过单体渗透的方式从溶液中进入到整体石墨烯气凝胶的孔内的。本发明提供一种三维整体石墨烯气凝胶‑聚亚胺复合材料及其制备方法，该复合材料具有良好的机械性能，兼具石墨烯气凝胶的优良导电性和多孔特性和聚亚胺的可修复性和回收性能，综合性能优异。

技术领域

本发明涉及材料领域，具体涉及三维整体石墨烯气凝胶-聚亚胺复合材料及其制备方法。

背景技术

由于石墨烯气凝胶（GA）具有高的导电性，良好的可压缩性和高孔隙率，因而在柔性电子产品开发中表现优异。为了最大程度地减少在加工过程中孔隙率和电导率的损失，保持GA原始结构的完整性，应尽量直接使用制备获得的整体式GA。尽管目前有不少类似的例子报道，但大部分的整体式复合材料表现出较差的机械性能和耐用性。而且，几乎所有已报道的GA复合材料均不能进行再加工和修复，从而限制了其耐用性、使用寿命和可持续性。

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。聚亚胺树脂是在水和（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，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。现有技术中，将聚亚胺树脂与石墨烯气凝胶的特点结合起来，用于制备综合性能优异的三维整体复合材料还未见报道。将两者的优势结合起来，可以得到兼顾二者优势的性能优异材料。

发明内容

本发明的目的在于针对上述存在的不足，提供一种三维整体石墨烯气凝胶-聚亚胺复合材料及其制备方案，该材料不仅具有较好的机械性能，还兼具石墨烯气凝胶的可压缩性和导电性以及聚亚胺树脂的可修复和回收性能，综合性能优异。

本发明采用的技术方案如下：

三维整体石墨烯气凝胶-聚亚胺复合材料，其特征在于该复合材料为整体块状，聚亚胺在石墨烯气凝胶的孔内原位聚合成聚亚胺；聚亚胺是通过单体渗透的方式从溶液中进入到整体石墨烯气凝胶的孔内的。

三维整体石墨烯气凝胶-聚亚胺复合材料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤一，制备聚亚胺单体溶液：将二醛化合物加入有机溶剂中，再加入胺源、交联剂，经磁力搅拌完全分散后得到预聚溶液；

其中，二醛化合物、胺源、交联剂的摩尔比为25-35：4-14：14，且胺源和交联剂为不同物质；

步骤二，制备块状石墨烯气凝胶：氧化石墨分散液平均密度为5-12 mg/ml，还原剂为二亚乙基三胺，其中还原剂和氧化石墨烯的质量比为1：9；

步骤三，将石墨烯气凝胶投入均匀分散的聚亚胺单体溶液中静置浸渍，直至石墨烯气凝胶表面出现白色胶状物，将其取出；

步骤四：采用梯度升温的方式处理气凝胶，由室温升温至60-80℃；具体是：室温下放置0.5-3 h，移至烘箱中于30-50 ℃下保温0.5-3 h，然后继续升温至60-80℃，保温1-4 h获得本发明的复合材料。

所述的二醛化合物为戊二醛、间苯二甲醛、对苯二甲醛或取代基取代的对苯二甲醛中的任意一种。

所述的胺源为二亚乙基三胺、三（2-氨基乙基）胺、乙二胺、2,2'-二氨基-N-甲基二乙胺中的任意一种。

所述交联剂为二亚乙基三胺、三（2-氨基乙基）胺中的任意一种。

所述的有机溶剂是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、二氯甲烷或乙醇中的任意一种。

优选的，步骤三所获得的产物中，聚亚胺所占的质量百分比为50%~95%。通过改变反应溶液聚亚胺单体的浓度进行调节。