提高工業石墨烯微片表面導電性能的包覆材料及其製備方法與流程
2023-11-11 02:33:52
本發明屬於納米材料製備領域，特別涉及一種提高工業石墨烯微片表面導電性能的包覆材料及其製備方法。
背景技術：
：目前，我國可初步工業化生產的石墨烯主要是由氧化還原法與液相剝離法製備所得，具有產量高、方法簡便、在溶劑中分散性能好的特點。然而，通過氧化還原法或液相剝離法製備的石墨烯微片堆疊組成的工業石墨烯膜層中，微觀上存在的多片層會導致微片之間接觸電阻增加，微片尺寸小會導致膜層內低導電區域面積增加，單片內晶格缺陷的存在使得每一片石墨烯的電導率下降。上述三方面因素，最終導致膜層整體電導率實際值(小於104s/m)與理論值(108s/m)相差甚遠。因此，在工業石墨烯表面包覆高導電材料，降低片與片表面之間的接觸電阻，改善單片內晶格缺陷，是提高石墨烯膜層導電性的重要技術手段。技術實現要素：本發明的目的提供一種提高工業石墨烯微片表面導電性能的包覆材料及其製備方法。實現本發明目的技術解決方案是：一種提高工業石墨烯微片表面導電性能的包覆材料，其成分上，由工業石墨烯微片和納米銀顆粒組成；其尺寸上，納米銀顆粒粒徑在50-200nm之間；其含量上，工業石墨烯微片和銀納米顆粒的質量比例在4:1.7-1:1.7之間；其形貌上，納米銀顆粒生長在工業石墨烯微片表面。一種提高上述工業石墨烯表面導電性能的包覆材料的製備方法，其步驟如下：步驟1：將工業石墨烯分散於濃度在1-2mg/ml之間的tris鹼溶液中，製成濃度在3-10mg/ml之間的分散液；步驟2：向步驟1中的分散液中加入鹽酸多巴胺，使得鹽酸多巴胺在分散液中的濃度在0.5-1.5mg/ml之間；步驟3：步驟2製得的分散液勻速攪拌24小時以上後過濾，所得固體物質洗滌、真空乾燥；步驟4：向0.05-0.2mol/l的硝酸銀溶液中滴入氨水至溶液澄清透明，按每升配製的硝酸銀溶液中加入20g步驟3中得到的固體物質，所得溶液分散均勻；步驟5：配製甲醛-乙醇-水混合溶液，其中甲醛、乙醇、水之間的體積比為1:4:20；步驟6：將步驟5所配製的溶液按體積比2:1加入到步驟4所得溶液中，持續攪拌2小時以上，將反應後溶液進行抽慮，沉澱物質經去離子水和乙醇清洗後，真空乾燥，得到所述的包覆材料。與現有技術相比，本發明的優點是：(1)本發明的優點在於，在工業石墨烯漿料中加入一定量的所述材料後，製備的石墨烯膜層電導率數量級從101-103s/m可提升至103-105s/m。(2)本發明的優點在於，利用附著在工業石墨烯表面的多巴胺吸附銀離子，還原過程只針對銀離子，石墨烯在反應中不產生理化性質的改變，實驗可控性強。附圖說明圖1為本發明所述包覆材料的製備流程圖。圖2為本發明所述包覆材料的掃描電鏡圖像。具體實施方式本發明的構思是：工業石墨烯表面的含氧官能團已幾乎完全除去，表面化學惰性較強，利用無毒、高效的鹽酸多巴胺在碳納米管表面聚合形成一層表面具有氨基結構的聚合層，通過這些氨基結構有效的將銀離子吸附到工業石墨烯表面，再將銀離子還原為納米銀顆粒獲得所述材料。本發明所述材料的製備流程圖如圖1所示。實施例1：選用市售工業石墨烯，實驗步驟如下：步驟1：工業石墨烯分散在tris鹼溶液中，其中工業石墨烯濃度為3mg/ml，tris鹼濃度為1mg/ml。步驟2：向步驟1中的分散液中加入鹽酸多巴胺，濃度為0.5mg/ml。步驟3：將步驟2製得的分散液勻速攪拌24小時以上後過濾，所得固體物質洗滌、真空乾燥；步驟4：配製0.05mol/l的硝酸銀水溶液，向該溶液中滴入氨水至溶液澄清透明，按每升配製的硝酸銀水溶液中加入20g步驟3中得到的固體物質，所得分散均勻。步驟5：配製甲醛-乙醇-水混合溶液，其中甲醛、乙醇與水之間的體積比為1:4:20。步驟6：將步驟5所配製的溶液倒入步驟4所得溶液中，步驟4與步驟5溶液的體積比為2:1，持續攪拌2小時以上，將反應後溶液進行抽慮，沉澱物質經去離子水和乙醇清洗後，真空乾燥，得到提高工業石墨烯微片表面導電性能的包覆材料。製得所述包覆材料的微觀形貌如圖2所示。製得所述包覆材料中納米銀顆粒的粒徑在50-200納米。製得所述包覆材料中工業石墨烯和納米銀顆粒的質量比為4:1.7。將所述包覆材料加入到質量分數為5％的工業石墨烯/水分散液中，所述納米材料佔石墨烯淨質量的10％，製得膜層，膜層製備方法如下：步驟a：配製濃度為0.1g/l的tris鹼溶液，將所述納米材料按10g/l分散在溶液中；步驟b：向步驟a中的分散液中加入鹽酸多巴胺，使得鹽酸多巴胺在溶液中的濃度為0.1g/l；步驟c：分散液勻速攪拌24小時後過濾，固體物質用去去離子水與乙醇反覆洗滌，真空烘箱內乾燥；步驟d：將步驟c前述處理後的所述納米材料加入到石墨烯漿液中，攪拌混合均勻，其中所述納米材料佔石墨烯淨質量的10％。的電導率如表1所示。工業石墨烯膜層電導率從8000s/m提升至17992s/m。表1實施例1電導率電導率(s/m)未加入實施例1的工業石墨烯膜層8000加入實施例1的工業石墨烯膜層17992實施例2實驗步驟與實施例1相同，其中tris鹼溶液濃度為2mg/ml，工業石墨烯分散液濃度為10mg/ml，鹽酸多巴胺濃度為1.5mg/ml，硝酸銀濃度為0.2mol/l。製得所述包覆材料中納米銀顆粒的粒徑在50-200nm。製得所述包覆材料中工業石墨烯和納米銀顆粒的質量比為1:1.7。將所述包覆材料加入到質量分數為5％的工業石墨烯/水分散液中(採購自蘇州格瑞豐)，所述納米材料佔石墨烯淨質量的30％，製得膜層的電導率如表2所示。工業石墨烯膜層電導率從8000s/m提升至97527s/m。表1實施例1電導率電導率(s/m)未加入實施例2的工業石墨烯膜層8000加入實施例2的工業石墨烯膜層97527實施例3實驗步驟與實施例1相同，其中tris鹼溶液濃度為2mg/ml，工業石墨烯分散液濃度為5mg/ml，鹽酸多巴胺濃度為1mg/ml，硝酸銀濃度為0.15mol/l。製備的所述納米材料中納米銀顆粒的粒徑在50-200nm。製備的所述納米材料中工業石墨烯和納米銀顆粒的質量比為1:1.275。將所述納米材料加入到質量分數為5％的工業石墨烯/水分散液中(採購自蘇州格瑞豐)，所述納米材料佔石墨烯淨質量的50％，製得膜層的電導率如表2所示。工業石墨烯膜層電導率從8000s/m提升至237590s/m。表3實施例3電導率。當前第1頁12