一种超导易分散石墨烯粉体的制备方法及其在导电塑料中的应用
阅读说明：本技术 一种超导易分散石墨烯粉体的制备方法及其在导电塑料中的应用 (Preparation method of superconducting easily-dispersible graphene powder and application of superconducting easily-dispersible graphene powder in conductive plastics ) 是由 邢飞 吴田鸽 李宗文 韩雪 田敬坤 姬广民 于 2021-01-08 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种超导易分散石墨烯粉体的制备方法及其在导电塑料中的应用。在酸性环境下对石墨烯进行改性,减小石墨烯片层间的范德华力,与此同时,不会破坏石墨烯的本质。通过对石墨烯粉体进行改性技术,得到的石墨烯粉体分散性好,与其他材料具有良好的融合性,石墨烯的导电性亦明显得到改善。并且在普通塑料中加入改性石墨烯,二者可以很好的融合,得到一种导电性、导热性良好的导电塑料。(The invention discloses a preparation method of superconducting easily-dispersible graphene powder and application of the superconducting easily-dispersible graphene powder in conductive plastics. The graphene is modified in an acid environment, so that van der Waals force between graphene sheets is reduced, and meanwhile, the essence of the graphene is not damaged. The graphene powder obtained by the modification technology has good dispersibility, has good fusion with other materials, and the conductivity of the graphene is also obviously improved. And the modified graphene is added into the common plastic, and the modified graphene and the common plastic can be well fused to obtain the conductive plastic with good electrical conductivity and thermal conductivity.)
技术领域
本发明涉及石墨烯制备领域，具体是石墨烯粉体的制备方法及其应用领域。
背景技术
石墨烯是一种新型的纳米材料，具有六边形蜂窝状晶体结构的二维原子材料，由碳原子以sp2杂化而成，单层厚度仅0.34nm厚，作为目前已知的最薄、强度最大、导电导热性能最强的新型纳米材料，被称为“黑金”、“新材料之王”，其在物理学、材料学等领域具有广泛的应用前景。
石墨烯的单物质结构、特殊的曲型面结构、较大的比表面积，层间较大的范德华力，使其很难与其他材料共用。在简单的液相分散应用中存在很多问题，例如石墨烯加在油墨中做导电体，虽然石墨烯在油墨溶剂中能分散均匀，但两者根本没有很好的融合性，只是单纯的在油墨中悬浮的存在。随着油墨变干固化后，石墨烯的刚性和曲面结构会导致含石墨烯的涂层变形、脱落。石墨烯具有优良的导电性，但由于片层间的范德华力使得石墨烯极易团聚难分散，使其导电性一般。在固固分散应用中，石墨烯与其他材料的融合性更差，严重制约着石墨烯的应用前景。
发明内容
针对石墨烯与固体材料融合性较差的问题，本发明的目的之一在于对石墨烯粉体进行改性，得到一种超导易分散的石墨烯粉体。本发明的目的之二在于将改性的石墨烯粉体加入到常规塑料中，超导易分散石墨烯与塑料良好融合得到一种导电和导热性良好的柔软的塑料薄膜。
本发明的采用的技术方案是：
一种超导易分散的石墨烯粉体的制备方法，包括以下步骤：
1）石墨烯水洗，去除石墨烯之外的残留，直至水洗液无色透明，pH值为7。
2）石墨烯微碳化处理，将步骤1) 得到的水洗石墨烯脱水、真空低温干燥，得到的石墨烯表面无序性碳含量稍增加。
3）将步骤2）得到的石墨烯粉体进行浸润，按照石墨烯：硅油：水的质量比为1:（0.5-2）:（4-10）混合均匀浸润10-30min。其中硅油包括二甲基硅油、乙基硅油、苯基硅油、甲基含氢硅油、甲基苯基硅油、甲基氯苯基硅油、甲基乙氧基硅油、甲基乙烯基硅油、甲基羟基硅油、乙基含氢硅油、羟基含氢硅油、含氰硅油中的至少一种。
4）制备石墨烯表面改性剂。在酸性环境（浓度为5%-20%的盐酸、硫酸、硝酸、高氯酸、氢碘酸、氢溴酸中的至少一种）下，按照乙酸乙酯：正硅酸乙酯：甲醛=（2-10）:（1-5）:（0.001-0.01）的比例配制表面改性剂，超声20min。其中正硅酸乙酯水解后产生的硅可附着在石墨烯薄膜表面，甲醛作为石墨烯聚合抑制剂，可减小石墨烯片层间的范德华力。
5）将步骤3）得到的浸润石墨烯与表面改性剂混合均匀后超声16h-36h，石墨烯和表面改性剂的质量比为1:（50-200），超声结束后水洗至石墨烯水溶液pH值为中性，进而超声4-8h后脱水过滤。
6）将步骤5）得到的石墨烯滤饼投入磷酸水溶液中进行超声分散，在超声分散过程中缓慢滴入磷酸钨氨溶液，超声24h后脱水洗净至pH值为中性，脱水低温真空干燥，即得到超导易分散的石墨烯。其中石墨烯和磷酸溶液的质量为1:（100-500），磷酸溶液浓度为10%-30%；磷酸钨氨溶液的质量为磷酸的0.1-1倍，浓度为5%-30%。
一种导电塑料的制备方法，包括以下步骤：
将塑料原材料加热融化后加入超导易分散石墨烯粉体，搅拌均匀后制模成型。
本发明的一种超导易分散石墨烯的制备方法，其中，所述的超导易分散石墨烯的低温真空干燥温度为10-90℃，干燥时间为6-36h。
本发明的一种超导易分散石墨烯的制备方法，其中，所述超导易分散石墨烯粉体浸润硅油包括二甲基硅油、乙基硅油、苯基硅油、甲基含氢硅油、甲基苯基硅油、甲基氯苯基硅油、甲基乙氧基硅油、甲基乙烯基硅油、甲基羟基硅油、乙基含氢硅油、羟基含氢硅油、含氰硅油中的至少一种。
本发明的一种超导易分散石墨烯的制备方法，其中，所述超导易分散石墨烯的酸性环境为浓度为5%-20%的盐酸、硫酸、硝酸、高氯酸、氢碘酸、氢溴酸中的至少一种。
本发明的一种导电塑料，其中，所述导电塑料中石墨烯添加量的质量比为0.05%-5%。
本发明的一种导电塑料，其中，所述塑料原材料包括聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸酯、聚对苯二甲酸丁酯、聚碳酸树脂中的至少一种。
本发明的一种导电塑料，其中，所述塑料原材料的加热温度为70-250℃。
有益效果：
本发明通过对石墨烯粉体进行改性技术，得到的石墨烯粉体分散性好，与其他材料具有良好的融合性，石墨烯的导电性亦明显得到改善。
本发明通过在普通塑料中加入改性石墨烯，得到一种导电性、导热性良好的导电塑料。
附图说明
图1为未处理的石墨烯和超导石墨烯粉体的拉曼光谱。
图2为实施例制备的导电塑料的实物图。
具体实施方式
本发明的实施例提供了一种超导易分散石墨烯粉体和导电塑料的制备方法。
本发明所涉及的药品均可在市场上购买到的分析纯级别的试剂。
实施例1：制备超导易分散石墨烯粉体
1）将石墨烯水洗3次得到pH约为7的无色透明溶液。
2）将步骤1）获得的水洗石墨烯脱水，在50℃低温环境下真空干燥12h。
3）分别称量步骤2）得到的石墨烯1g，二甲基硅油1g，水6g，混合均匀后浸润20min备用。
4）分别称量乙酸乙酯5g、正硅酸乙酯2g、甲醛0.01g、10%盐酸溶液100g，超声20min后加入步骤3）浸润的石墨烯，继续超声16h后水洗至pH值为7，超声6h后脱水过滤。
5）将步骤4）得到的石墨烯滤饼投入100g 浓度为10%磷酸溶液中进行超声分散，在超声分散过程中缓慢滴入10g 浓度为20%的磷酸钨氨溶液，超声24h后脱水洗净至pH值为7，滴入浓度为0.5%磷酸铼溶液20g，继续超声6h，洗至中性后，脱水冷冻干燥12h，最终得到超导易分散的石墨烯粉体。
对石墨烯进行拉曼测试，如图1所示，未处理的石墨烯与处理后的石墨烯的拉曼光谱基本一致，本发明制备的石墨烯粉体在未改变石墨烯本质的前提下对石墨烯进行了表面改性。
分别称取相同质量的未处理的石墨烯与实施例1制备的超导易分散石墨烯压片，制样的厚度为0.15mm，测试样片的电阻率。未处理的石墨烯的电阻率为24Ω•cm-1，超导易分散石墨烯的电阻率为0.125Ω•cm-1，本发明制备的超导易分散石墨烯的导电性明显增强。
将石墨烯粉体分散在水溶液中，未处理的石墨烯粉体的最大溶解度为5mg/ml，本发明制备的超导易分散石墨烯的最大溶解度为15mg/ml，大大增加了石墨烯的分散性。
实施例2：制备导电塑料
称取10g聚乙烯原料加热至160℃使聚乙烯处于熔融状态，加入0.1g实施例1制备的超导易分散石墨烯粉体，搅拌均匀后制模成型，即可得到本发明制备的导电塑料。
制备的导电塑料实物如图2所示，制备的导电塑料的厚度为0.2mm，电阻率为0.067Ω•cm-1，导热系数为1.175W/m•K。
最后需要注意的是，公布实施例的目的在于帮助进一步理解本发明，但是本领域的技术人员可以理解：在不脱离本发明及所附的权利要求的精神和范围内，各种替换和修改都是可能的。因此，本发明不应局限于实施例所公开的内容，本发明要求保护的范围以权利要求书界定的范围为准。