一种兼具抗菌耐候性的高强韧电磁屏蔽石墨烯薄膜制造技术

本发明专利技术涉及石墨烯技术领域，提供了一种兼具抗菌耐候性的高强韧电磁屏蔽石墨烯薄膜。目的在于解决石墨烯薄膜力学性能以及在实际环境中的诸如电磁波干扰、细菌侵蚀、酸碱耐受等问题。主要方案包括，将DMAOP溶液稀释；配置DMAOP与GO的混合溶液，超声混合均匀后，室温搅拌反应至完全反应；利用纤维素过滤纸，在真空辅助环境下过滤得到改性后的氧化石墨烯薄膜；干燥后，从纤维素过滤纸上进行剥离，然后在HI溶液中浸泡还原，清洗干净得到产物，将产物干燥得到石墨烯薄膜。所制备薄膜力学强度可达～240MPa，应变值～6.28％，相较于纯的石墨烯薄膜力学强度提升约1.67倍。且由于选用添加剂的双重作用，复合薄膜兼具良好的电磁屏蔽性能(>6.6

【技术实现步骤摘要】
一种兼具抗菌耐候性的高强韧电磁屏蔽石墨烯薄膜


[0001]本专利技术涉及石墨烯
，提供了一种兼具抗菌耐候性的高强韧电磁屏蔽石墨烯薄膜。

技术介绍

[0002]近年来，石墨烯材料以其优异的电学、力学和热学性能引起了研究者的广泛关注，在能源、催化、电磁等领域受到广泛应用。然而，如何实现石墨烯纳米片组装成为高性能纳米复合材料，并且满足当前对于材料发展“高强度、轻量化、环境适应性”等要求，成为面临的一个挑战。此外，石墨烯纳米片之间由于π
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π相互作用容易引起堆积，以及孔洞、含氧官能团等缺陷的存在使得所制备材料的力学性能不足。因此，改善石墨烯纳米片不规整堆积排列以及提升石墨烯层间较弱的界面相互作用成为解决上述问题的关键措施。
[0003]石墨烯薄膜可以更好的保持石墨烯纳米片作为二维材料的特性，更好的维持其优异性能，有利于石墨烯纳米片的取向，但仍存在力学性能不足的问题。如已经有诸如抽滤、旋涂、喷涂、溶剂蒸发等常用方法用以制备良好取向的石墨烯薄膜，其力学性能较难达到较高水平。
[0004]为了解决上述缺陷，现有技术中也有一些新颖的方式用来提升薄膜力学性能，如任文才等人采用了一种自创的伸缩扫描离心铸造方法(SCC)实现了连续生产可控，无污染，无浪费，表面光滑的高定向排列的石墨烯薄膜的制备。尽管如此，其力学性能还有待进一步提高才能更好地适应产业化地需求。
[0005]再则，现有技术在石墨烯片层间通过引入零维材料如金属离子，一维材料如碳纳米管、纳米纤维或碳纳米纤维，二维材料如纳米粘土、二硫化钼、二硫化钨等，引入不同价键作用如离子键、共价键、氢键、π堆积等，用以提高石墨烯薄膜的力学强度和韧性。但如何更有效的起到提高复合薄膜的力学性能，如何减少组分含量、有效提升键合强度、简化制备过程等成为关键所在。
[0006]为此现有技术中，如王颖等人采用碳纳米管和微量金属铜离子与协同增强氧化石墨烯薄膜，最终改性GO纸的抗拉强度、弹性模量和韧性分别比纯GO纸提高409.7％、81.5％和188.2％；
[0007]再如程群峰老师课题组基于多种界面组装及仿生策略，选用有机分子如10，12
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二十二碳二炔二酸二芘甲酯(BPDD)、1
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芘丁酸N
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羟基琥珀酰亚胺酯(PSE)和1
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氨基芘(AP)等与氧化石墨烯构筑层状结构，通过有序交联，成倍提升了石墨烯薄膜的力学性能。但其所制备材料不具备良好、突出的环境适应性能如电磁屏蔽性能、抗菌性能、耐酸碱腐蚀性能，仍然缺少能够投入使用的必要条件。
[0008]基于此，本申请巧妙地选取了一种有机硅烷季铵盐(DMAOP)分子，通过化学键和氢键界面调节策略，实现石墨烯纳米片的交联改性，加之真空抽滤技术辅助石墨烯纳米片的取向层状堆叠，获得了最终的石墨烯复合薄膜。通过原位扫描、原位拉曼以及分子动力学模拟对该复合薄膜的力学性能增强机制进行了阐释。结果显示，由于该小分子的交联作用，薄
膜承载的应力可以被很好地传递，最终使得所制备薄膜力学性能提升，在百分之一含量下，由原来的～144MPa提升到～240MPa。此外，由于选用添加剂的双重作用，复合薄膜兼具良好的电磁屏蔽性能、抗菌性能和耐溶剂性能。

技术实现思路

[0009]本专利技术的目的在于解决石墨烯薄膜力学性能以及在实际环境中的诸如电磁波干扰、细菌侵蚀、酸碱耐受等问题。
[0010]为了解决上述技术问题本专利技术采用以下技术方案：
[0011]一种兼具抗菌耐候性的高强韧电磁屏蔽石墨烯薄膜，包括以步骤制备获得：
[0012]步骤1、将DMAOP溶液在室温下搅拌稀释至1wt.％
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5wt.％以下；
[0013]步骤2、配置DMAOP的质量为GO质量的1％
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7％的混合溶液，超声混合均匀后，室温搅拌反应48小时以上至反应完全；
[0014]步骤3、利用纤维素过滤纸，在真空辅助环境下过滤得到改性后的氧化石墨烯薄膜；
[0015]步骤4、对氧化石墨烯薄膜进行干燥后，从纤维素过滤纸上进行剥离，然后在HI溶液中浸泡还原；
[0016]步骤5、然后用乙醇清洗干净步骤4得到的产物中的氢碘酸残余后，将其干燥，获得最终的改性石墨烯薄膜。
[0017]上述技术方案中，步骤2中浓度为1mg/mL的GO混合溶液，超声处理15min(30％，8/2s)，(30％，8/2s)为超声处理时的具体参数。超声功率为所选设备总功率的30％,8、2分别代表超声时间，暂停间隙，即15分钟时间内，超声八秒，暂停两秒，循环往复。
[0018]上述技术方案中，步骤4中为45wt.％HI溶液中浸泡6小时。
[0019]上述技术方案中，步骤5中在25℃下干燥24小时。
[0020]在本专利技术提供的上述技术方案的基础上，值得注意的是本申请的技术方案是通过各个特定的条件有机的结合，而非简单的常规组合，具体分析如下：
[0021](1)DMAOP组分含量：
[0022]对于选取过量的DMAOP组分含量，尽管一定程度上增加DMAOP组分含量可以增加抗菌性能，但不能实现薄膜增强且电磁屏蔽性能和耐溶剂性能均会下降；
[0023](2)干燥温度：
[0024]对于反应条件中的干燥温度，不宜太高，否则会使得内外水分等溶剂扩散速度不均匀导致薄膜整体性能不稳定易出现应力集中点，导致拉伸易断裂；
[0025](3)搅拌反应时间：
[0026]对于室温搅拌反应时间过短时，DMAOP分子与氧化石墨烯纳米片连接不完全，分子处于游离状态，导致最终薄膜力学性能较低且抗菌性能降低。
[0027](4)超声条件：
[0028]对于超声时间，超声功率，时间长短和功率大小的选取需要注意的是时间不应太长以及功率不应太高，否则石墨烯纳米片以及引入小分子会发生破碎，影响最终成膜效果，以及最终力学性能和耐溶剂性能。
[0029]因为本专利技术采用上述技术方案，因此具备以下有益效果：
[0030]本申请通过引入一种硅烷季铵盐改性剂，通过化学键和氢键等多重界面相互作用，通过真空辅助还原技术辅助石墨烯纳米片的取向，制备获得了最终的石墨烯复合薄膜，所制备得到的石墨烯复合薄膜具有以下优异的效果：
[0031]一、结果显示，在引入百分之一含量时，所制备薄膜力学强度可达～240MPa，应变值～6.28％，相较于纯的石墨烯薄膜力学强度提升约1.67倍。
[0032]二、通过原位扫描、原位拉曼以及分子动力学模拟结果，表明由于DMAOP分子链与石墨烯片的连接，可以加强石墨烯纳米片的取向以及应力的传递，延缓裂纹的扩展速度。
[0033]三、由于选用添加剂的双重作用，复合薄膜兼具良好的电磁屏蔽性能(>6.6
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104dB/cm)、抗菌性能和耐溶剂性能(耐酸、碱、中性条件)。
附图说明
[0034]图1为制备流程示意图；...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种兼具抗菌耐候性的高强韧电磁屏蔽石墨烯薄膜，其特征在于，通过以下步骤制备：步骤1、将DMAOP溶液在室温下搅拌稀释至1wt.％
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5wt.％；步骤2、配置DMAOP的质量为GO质量的1％
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7％的混合溶液，超声混合均匀后，室温搅拌反应48小时以上至反应完全；步骤3、利用纤维素过滤纸，在真空辅助环境下过滤得到改性后的氧化石墨烯薄膜；步骤4、对氧化石墨烯薄膜进行干燥后，从纤维素过滤纸上进行剥离，然后在HI溶液中浸泡还原；步骤5、然后用乙醇...

【专利技术属性】
技术研发人员：孟凡彬，陈耀，刘倩，李天，徐正康，张礼奎，
申请(专利权)人：西南交通大学，
类型：发明
国别省市：