石墨烯的剥离方法、石墨烯柔性膜及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种石墨烯的剥离方法、石墨烯柔性膜及其制备方法，该石墨烯的剥离方法包括将石墨粉、生物基石墨烯分散剂和去离子水混合均匀，机械剥离，获得石墨烯分散液；其中，所述生物基石墨烯分散剂为聚单宁酸多氨酯。利用水溶性的生物基石墨烯分散剂机械剥离石墨，获得石墨烯分散液，获得的石墨烯分散液具有固含量高、稳定性高、质量高且层数少的优势。通过该剥离方法剥离获得的石墨烯进行石墨烯柔性膜的制备，使得制得的石墨烯柔性膜具有高导热、电绝缘的优势，制备工艺简易，适于工业化生产。适于工业化生产。适于工业化生产。

【技术实现步骤摘要】
石墨烯的剥离方法、石墨烯柔性膜及其制备方法


[0001]本专利技术属于高分子材料
，特别涉及一种石墨烯的剥离方法，还涉及一种石墨烯柔性膜的制备方法以及通过该制备方法制得的石墨烯柔性膜。

技术介绍

[0002]随着电子器件小型化和集成的程度的提高，高效散热已成为电子学领域的一个重要问题，对机械柔性、电绝缘的高导热率材料的需求不断增长。近年来，轻质、超薄材料和高各向异性导热薄膜的研制得到大量关注，旨在改善电子器件的过热问题。
[0003]目前，石墨烯被认为是最有前途的纳米材料，其是单原子层厚度的二维材料，具有极高的室温热导率(～5300W
·
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‑1·
K
‑1)、优异的机械柔韧性和较大的比表面积，优越的综合性能使其能够代替传统的导热填料，成为制备导热膜管理材料的最佳选择。但由于石墨烯薄膜不仅具有优异的导热性能，同时具有优异的导电性，这限制了其在高度集成电子学中的应用，因而单独运用石墨烯材料无法达到电绝缘的效果。
[0004]为了解决石墨烯薄膜材料电绝缘的问题，公开号为CN110951254A的中国专利申请中，以石墨烯作为薄膜的基体材料，为复合薄膜提供基础的成膜性和导热性能；六方氮化硼作为导热、电绝缘的添加剂，用以调节石墨烯膜的导热和电绝缘性质，从而使得获得薄膜具有优异的成膜性、导热性能和电绝缘性能；但该方法中使用六方氮化硼的小片层结构连接石墨烯片层形成导热网络，要精确控制六方氮化硼的用量才能保证电绝缘性能；同时，使用Hummers法制备氧化石墨烯的操作过程复杂，同时引起石墨烯片层的缺陷过多，化学还原和高温退火的温度较高，无疑增加生产成本，经济效益不足。公开号为CN111410190A的中国专利申请中，以氮化硼纳米片作为主体，添加其他的导热填料在与氮化硼纳米片的协同作用，使得氮化硼纳米片与其导热填料在聚合物基体中搭建起有效地导热传输路径，获得的复合材料具有优异的导热性能、电绝缘性能、良好的尺寸稳定性以及力学性能。但氮化硼纳米片在与导热填料仅为机械共混，两者间不存在化学键的作用，作用力不强，存在混合不均一，导致复合材料的导热性能不高；此外复合材料拉伸强度较高，材料恢复形变能力较差，在电子产品的应用范围上受到很大限制。
[0005]此外，目前大规模生产石墨烯主要是通过液相剥离实现的，但传统的常见用于液相剥离的分散剂存在剥离得到的石墨烯浓度低、分散性能不佳、原料使用过多、造成环境污染等问题；另外分散剂的残留对石墨烯的导电导热性能也存在一定的影响，石墨烯的质量对于石墨烯薄膜材料也具有重要的影响。

技术实现思路

[0006]有鉴于此，本专利技术有必要提供一种石墨烯的剥离方法，利用水溶性的生物基石墨烯分散剂机械剥离石墨，获得石墨烯分散液，获得的石墨烯分散液具有固含量高、稳定性高、质量高且层数少的优势。
[0007]为了实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0008]本专利技术提供了一种石墨烯的剥离方法，包括以下步骤：
[0009]将石墨粉、生物基石墨烯分散剂和去离子水混合均匀，机械剥离，获得石墨烯分散液；其中，所述生物基石墨烯分散剂为聚单宁酸多氨酯。
[0010]进一步方案，所述石墨粉、生物基石墨烯分散剂和去离子水的质量比为1：(0.4
‑
1)：(30
‑
99)；所述石墨烯分散液的固含量为0.5％
‑
3％。
[0011]进一步方案，所述生物基石墨烯分散剂的制备方法，包括以下步骤：
[0012]将单宁酸溶解于有机溶剂中，向其中加入芳香族多异氰酸酯类单体进行反应；待反应结束后，向其中加入碱液刚好中和单宁酸未反应的酚羟基至pH为中性，获得水溶性的生物基石墨烯分散剂，即聚单宁酸多氨酯；
[0013]优选地，所述有机溶剂为非质子型有机溶剂；
[0014]优选地，所述单宁酸与芳香族多异氰酸酯类单体反应的温度为40
‑
60℃。
[0015]进一步方案，所述单宁酸、芳香族多异氰酸酯类单体和碱的摩尔比为1:2:19
‑
1:5:10。
[0016]进一步方案，所述芳香族多异氰酸酯类单体为分子结构中同时含有多个苯环和3个以上的异氰酸酯基团的单体类物质；
[0017]优选地，所述芳香族多异氰酸酯类单体选自三苯甲基甲烷三异氰酸酯、多亚甲基多苯基多异氰酸酯中的至少一种。
[0018]本专利技术进一步提供了一种石墨烯柔性膜的制备方法，包括以下步骤：
[0019]将氮化硼微米球、改性剂和去离子水混合后，充分分散，经重氮化反应，获得改性的氮化硼微米球分散液，其中，所述改性剂为含双氨基功能基团的化合物；
[0020]将改性的氮化硼微米球分散液和石墨烯分散液混合并分散均匀后，调节体系呈pH＝8
‑
10的弱碱性环境，经偶氮反应，获得自组装的氮化硼/石墨烯分散液；
[0021]将氮化硼/石墨烯分散液与热塑型聚氨酯共混均匀后，成膜，制得石墨烯柔性膜。
[0022]进一步方案，所述含双氨基功能基团的化合物选自4,4
’‑
二氨基联苯、4,4
’‑
二氨基二苯醚、4,4
’‑
二氨基二苯酚中的至少一种。
[0023]进一步方案，所述氮化硼微米球和改性剂的质量比为0.5:1
‑
1:1.5。
[0024]进一步方案，所述偶氮反应的温度条件为0
‑
5℃，反应时间为8
‑
10h。
[0025]进一步方案，所述氮化硼/石墨烯分散液与热塑型聚氨酯的质量比为1：10
‑
10：1。
[0026]本专利技术具有以下有益效果：
[0027]本专利技术仅使用机械剥离即可制备高质量的石墨烯，绿色且环保，操作简单，易大规模生产，经济效益高。进一步的，使用改性氮化硼微米球与石墨烯片以化学键进行进行自组装，具有氮化硼微米球和石墨烯间的协同导热性能，同时氮化硼微米球物理隔离作用，使得石墨烯导电通道无法建立，具有优异电绝缘性能；此外，得到柔性膜，在电路集成、电子器件中具有广泛的应用前景。
[0028]具体的说，本专利技术所述的石墨烯剥离方法，通过采用水溶性的生物基石墨烯分散剂，该生物基石墨烯分散剂中含有芳香环，易与石墨烯表面形成π
‑
π非共价键的相互作用，在机械剥离作用下逐步插层到石墨中；此外，多个酚氧负离子引起静电排斥促进石墨烯在水中的分散性，避免石墨烯堆积，获得高固含量、高稳定性、高质量、少缺陷、结构规整的石墨烯水分散液，具有良好的工业化生产基础和商业化的价值。
[0029]本专利技术中石墨烯柔性膜的制备中，通过将改性氮化硼微米球与石墨烯通过化学键合自组装成电绝缘、高导热的水溶氮化硼/石墨烯分散液，直接进行共混成膜，得到高导热、电绝缘的石墨烯柔性膜，制备工艺简易，适于工业化生产。此外，本专利技术中制得的水溶性氮化硼/石墨烯分散液具有高固含量、高分散性和高稳定性的特本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种石墨烯的剥离方法，其特征在于，包括以下步骤：将石墨粉、生物基石墨烯分散剂和去离子水混合均匀，机械剥离，获得石墨烯分散液；其中，所述生物基石墨烯分散剂为聚单宁酸多氨酯。2.如权利要求1所述的石墨烯的剥离方法，其特征在于，所述石墨粉、生物基石墨烯分散剂和去离子水的质量比为1：(0.4
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1)：(30
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99)；所述石墨烯分散液的固含量为0.5％
‑
3％。3.如权利要求1所述的石墨烯的剥离方法，其特征在于，所述生物基石墨烯分散剂的制备，包括以下步骤：将单宁酸溶解于有机溶剂中，向其中加入芳香族多异氰酸酯类单体进行反应；待反应结束后，向其中加入碱液刚好中和单宁酸未反应的酚羟基至pH为中性，获得水溶性的生物基石墨烯分散剂，即聚单宁酸多氨酯；优选地，所述有机溶剂为非质子型有机溶剂；优选地，所述单宁酸与芳香族多异氰酸酯类单体反应的温度为40
‑
60℃。4.如权利要求3所述的石墨烯的剥离方法，其特征在于，所述单宁酸、芳香族多异氰酸酯类单体和碱的摩尔比为1:2:19
‑
1:5:10。5.如权利要求3或4所述的石墨烯的剥离方法，其特征在于，所述芳香族多异氰酸酯类单体为分子结构中同时含有多个苯环和3个以上的异氰酸酯基团的单体类物质；优选地，所述芳香族多异氰酸酯类单体选自三苯甲基甲烷三异氰酸酯、多亚甲基多苯基多异氰酸酯中的至少一种。6.一种...

【专利技术属性】
技术研发人员：张建安，朱媛媛，吴明元，吴庆云，杨建军，刘久逸，
申请(专利权)人：安徽大学，
类型：发明
国别省市：