用于提高工业石墨烯膜层导电性能的架桥材料及其架桥方法技术

本发明专利技术公开了一种用于提高工业石墨烯膜层导电性能的架桥材料及其架桥方法，该架桥材料的压片电导率大于10

Bridging material for improving the conductivity of industrial graphene film and its bridging method

The invention discloses a bridging material and a bridging method for improving the conductive property of an industrial graphene film, and the conductivity of the bridging material is greater than 10

【技术实现步骤摘要】
用于提高工业石墨烯膜层导电性能的架桥材料及其架桥方法
本专利技术属于导电膜层制备领域，特别涉及一种提高工业石墨烯膜层导电性能的架桥材料及其架桥方法。
技术介绍
当前，导电材料的研制逐渐向电导率高、层薄、质量轻、可柔性化的方向发展。石墨烯的理论研究成果证明了它具有108S/m的电导率，应用在导电材料领域具有光明的前景。然而，通过氧化还原法或液相剥离法制备的石墨烯微片堆叠组成的工业石墨烯膜层中，微观上存在的多片层会导致微片之间接触电阻增加，微片尺寸小会导致膜层内低导电区域面积增加，单片内晶格缺陷的存在使得每一片石墨烯的电导率下降。上述三方面因素，最终导致膜层整体电导率实际值(小于104S/m)与理论值(108S/m)相差甚远。一些研究提出在石墨烯表面吸附导电助剂以提高膜层整体导电性，然而吸附方法通常是通过对石墨烯进行羧基化，然而此过程在本已具有晶格缺陷的石墨烯上又引入了含氧官能团，最终导致导电性能提升有限。因此，提出新的能够大幅提高工业石墨烯膜层导电性的方法十分必要。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种用于提高工业石墨烯膜层导电性能的架桥材料及其架桥方法。实现本专利技术的技术解决方案是：一种用于提高工业石墨烯膜层导电性能的架桥材料，所述架桥材料为高导电、大长径比的一维纳米材料，其压片电导率大于106S/m，直径在10～200nm之间，长度在10～300μm之间，其中，架桥材料长度与石墨烯片径之比在5:1-150:1之间。进一步的，所述架桥材料优选由多壁碳纳米管和纳米银颗粒形成的复合物、银纳米线、铜纳米线和镍纳米线中的任意一种。更进一步的，由多壁碳纳米管和纳米银颗粒形成的复合物，成分上，由多壁碳纳米管和纳米银颗粒组成；其尺寸上，多壁碳纳米管长度在10-30μm、管径在10-30nm之间，纳米银颗粒粒径在1-10nm之间，其中，5-7nm之间占50％以上；其含量上，多壁碳纳米管和银离子质量比例在1:0.7-1:2.1之间；其形貌上，纳米银颗粒生长在多壁碳纳米管表面。更进一步的，由多壁碳纳米管和纳米银颗粒形成的复合物由如下步骤制备：步骤1：将多壁碳纳米管分散于浓度在1-2mg/mL之间的Tris碱溶液中，制成浓度在20-30mg/mL之间的分散液；步骤2：向步骤1中的分散液中加入盐酸多巴胺，使得盐酸多巴胺在分散液中的浓度在0.5-1.5mg/mL之间；步骤3：步骤2制得的分散液匀速搅拌24小时以上后过滤，所得固体物质洗涤、真空干燥；步骤4：向0.08-0.25mol/L的硝酸银的水溶液中滴入氨水至溶液澄清透明，按每升硝酸银溶液中加入20g步骤3中得到的固体物质，所得溶液分散均匀；步骤5：配制甲醛-乙醇-水混合溶液，其中甲醛、乙醇、水之间的体积比为1:4:20；步骤6：将步骤5所配制的溶液按体积比1:2加入到步骤4所得溶液中，-持续搅拌2小时以上，将反应后溶液进行抽虑，沉淀物质经去离子水和乙醇清洗后，真空干燥，得到所述的复合物。一种用于提高工业石墨烯膜层导电性能的架桥方法，利用上述架桥材料与工业石墨烯浆料均匀混合并形成膜层后，将所述的架桥材料与多片石墨烯连接，形成所述的架桥结构，增加了石墨烯片与片表面之间的电子传递通路，降低了电子传递过程中的阻抗，从而提高了膜层整体电导率。所述架桥方法的具体步骤如下：步骤a：配制浓度为0.1-2g/L的Tris碱溶液，将架桥材料按照10-50g/L分散在溶液中；步骤b：向步骤a的分散液中加入盐酸多巴胺，使得盐酸多巴胺在溶液中的浓度在0.1-2g/L之间；步骤c：步骤b得到的分散液匀速搅拌24小时以上后过滤，所得固体物质洗涤、真空干燥；步骤d：将干燥后的架桥材料加入到石墨烯浆液中，搅拌混合均匀，其中，架桥材料占石墨烯质量的5％-50％。步骤e：将步骤d的石墨烯浆料制成膜层。与现有技术相比，本专利技术的优点是：(1)本专利技术在工业石墨烯浆料中加入一定量的所述材料后，制备的石墨烯膜层电导率数量级从101-103S/m可提升至103-105S/m。(2)本专利技术依靠多巴胺的吸附效应，保持了石墨烯不被破坏，电导率提升效果明显。附图说明图1为实施例1制备的CNTs/Ag的透射电镜图像。图2为实施例1中Ag纳米颗粒的粒径分布范围。具体实施方式本专利技术的构思是：将所述的架桥材料与多片石墨烯连接，形成所述的架桥结构，增加了石墨烯片与片表面之间的电子传递通路，降低了电子传递过程中的阻抗，从而提高了膜层整体电导率。实施例1：架桥材料选择由多壁碳纳米管和纳米银颗粒形成的复合物(CNTs/Ag)，制备时选用市售长度10-30μm，直径10-20nm的多壁碳纳米管(市售)，所述架桥材料采用如下制备步骤：步骤1：多壁碳纳米管分散在Tris碱溶液中，其中多壁碳纳米管浓度为20mg/mL，Tris碱浓度为1mg/mL。步骤2：向步骤1中的分散液中加入盐酸多巴胺，浓度为0.5mg/mL。步骤3：步骤2制得的分散液匀速搅拌24小时以上后过滤，所得固体物质洗涤、真空干燥；步骤4：配制0.05mol/L的硝酸银的水溶液，向该溶液中滴入氨水至溶液澄清透明，每升配制的硝酸银溶液中加入20g步骤3中得到的固体物质，分散均匀。步骤5：配制甲醛-乙醇-水混合溶液，其中甲醛、乙醇、水之间的体积比为1:4:20。步骤6：将步骤5所配制的溶液倒入步骤4所配制的溶液中，步骤4与步骤5溶液的体积比为2:1，持续搅拌2小时以上，将反应后溶液进行抽虑，沉淀物质经去离子水和乙醇清洗后，真空干燥,制得所述的架桥材料CNTs/Ag。制得的CNTs/Ag的压片电导率为2.7x106S/m。制得的CNTs/Ag的微观形貌如图1所示。制得的CNTs/Ag中Ag纳米颗粒的粒径分布范围如图2所示，其中5-7纳米占65％。将CNTs/Ag按架桥方法与工业石墨烯复合形成膜层，其架桥方法采用如下具体步骤：步骤a：配制浓度为0.1g/L的Tris碱溶液，将CNTs/Ag按照10g/L分散在溶液中；步骤b：向步骤a中的分散液中加入盐酸多巴胺，使得盐酸多巴胺在溶液中的浓度为0.1g/L；步骤c：分散液匀速搅拌24小时后过滤，固体物质用去去离子水与乙醇反复洗涤，真空烘箱内干燥；步骤d：将步骤c处理后的CNTs/Ag加入到石墨烯浆液中，搅拌混合均匀，其中CNTs/Ag占石墨烯净质量的5％-50％；步骤e：将浆料制成膜层。制得的石墨烯膜层电导率值如表1所示。表1实施例1制备的CNTs/Ag架桥前后石墨烯膜层的电导率对比例1：选用与实施例1完全一致的碳纳米管，其表面修饰银纳米颗粒的方法也相同(即与步骤1-6相同)，不同的是硝酸银溶液浓度为0.01mol/L，制得CNTs/Ag的压片电导率为8.7x105S/m。选用与实施例1步骤a-e完全一致的架桥方法与工业石墨烯复合。制得的石墨烯膜层的电导率值如表2所示，发现当对比例1制备的CNTs/Ag超过膜层质量的15％后，电导率开始下降，不是理想的架桥材料。表2对比例1制备的CNTs/Ag架桥前后石墨烯膜层的电导率实施例2：架桥方法与实施例1步骤a-e相同，但其中Tris碱溶液浓度为2g/L，盐酸多巴胺浓度为2g/L，选择架桥材料为直径70nm、长度100至200μm的银纳米线(市售)，压片电导率为8.7x106S/m，并按照50g/L分散在溶本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于提高工业石墨烯膜层导电性能的架桥材料，其特征在于，所述架桥材料为高导电、大长径比的一维纳米材料，其压片电导率大于10

【技术特征摘要】
1.一种用于提高工业石墨烯膜层导电性能的架桥材料，其特征在于，所述架桥材料为高导电、大长径比的一维纳米材料，其压片电导率大于106S/m，直径在10~200nm之间，长度在10~300μm之间，其中，架桥材料长度与石墨烯片径之比在5:1-150:1之间。2.如权利要求1所述的架桥材料，其特征在于，所述架桥材料包括由多壁碳纳米管和纳米银颗粒形成的复合物、银纳米线、铜纳米线和镍纳米线中的任意一种。3.如权利要求2所述的架桥材料，其特征在于，由多壁碳纳米管和纳米银颗粒形成的复合物，成分上，由多壁碳纳米管和纳米银颗粒组成；其尺寸上，多壁碳纳米管长度在10-30μm、管径在10-30nm之间，纳米银颗粒粒径在1-10nm之间，其中，5-7nm之间占50%以上；其含量上，多壁碳纳米管和银离子质量比例在1:0.7-1:2.1之间；其形貌上，纳米银颗粒生长在多壁碳纳米管表面。4.如权利要求2或3所述的架桥材料，其特征在于，由多壁碳纳米管和纳米银颗粒形成的复合物由如下步骤制备：步骤1：将多壁碳纳米管分散于浓度在1-2mg/mL之间的Tris碱溶液中，制成浓度在20-30mg/mL之间的分散液；步骤2：向步骤1中的分散液中加入盐酸多巴胺，使得盐酸多巴胺在分散液中的浓度在0.5-1.5mg/mL之间；步骤3：步骤2制得的分散液匀速搅拌24小时以上后过滤，所得固体物质洗涤、...

【专利技术属性】
技术研发人员：王源，
申请(专利权)人：南京开钰安全科技有限责任公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32