本发明专利技术公开了AAO膜在石墨烯/聚合物复合材料形貌表征中的应用，包括以下步骤：将复合材料溶解在聚合物的良溶剂中，通过一步离心除去大多数聚合物，之后滴在阳极氧化铝(AAO)膜表面，在扫描电子显微镜(SEM)下观测即可得到复合材料中石墨烯的形貌和尺寸信息。本发明专利技术方法简单易行，与传统方法相比，未除去的聚合物随溶剂渗入AAO的微孔中，不会残留在基底上影响石墨烯的观测，具有高分辨率和高衬度，得到的尺寸信息更为准确。
Application of AAO film in characterization of graphene / polymer composites
The invention discloses the application of AAO film in the morphology characterization of graphene/polymer composite materials, including the following steps: dissolving the composite material in a good solvent of the polymer, removing most of the polymer by one-step centrifugation, dropping on the surface of anodic alumina (AAO) film, and observing it under scanning electron microscope (SEM) to obtain the compound. Morphology and size information of graphene in composite materials. The method of the invention is simple and feasible. Compared with the traditional method, the unremoved polymer infiltrates into the pores of AAO with solvent, and does not reside on the substrate, which affects the observation of graphene. The method has high resolution and high contrast, and the size information obtained is more accurate.
【技术实现步骤摘要】
AAO膜在石墨烯/聚合物复合材料形貌表征中的应用
本专利技术属于复合材料表征领域，尤其涉及AAO膜在石墨烯/聚合物复合材料形貌表征中的应用。
技术介绍
石墨烯是由蜂窝状碳原子组成的二维片状材料，自问世以来受到了世界范围内的广泛关注。石墨烯具有迷人的力学性能(强度可达130GPa，模量达1TPa)，电学性能(电子迁移率可达200000cm2/(Vs))，热学性能(4800～5300W/(mk))，因此在高性能复合材料领域具有广阔应用前景。通过引入石墨烯不仅可以有效提升聚合物的力学、电学、热学性能，同时能赋予传统材料所不具备的气体阻隔、电磁屏蔽和杀菌抑菌等特性。相比传统填充增强体，如玻纤、碳纤维和炭黑，石墨烯的密度更低，有效填充量更少，因此展现出更高的性价比。鉴于石墨烯具有极其诱人的物理和化学性能，如何充分应用这些性能便成了一个至关重要的命题。根据复合材料增强理论，石墨烯的尺寸越大，缺陷度越小，与基体间的作用力越强，所得复合材料的力学、导电、导热性能就越强，反之降低。而在加工过程中，如剪切、超声和球磨等工艺中，外力会降低石墨烯的尺寸，从而影响最终复合材料的性能。并且，由于石墨烯片间极强的π-π相互作用和范德华力，在加工过程中石墨烯易于发生不可逆的堆叠，使得最终材料的比表面积大大降低，不利于其在吸附、电化学储能、复合材料增强体等领域的应用。因此，需要对复合材料中石墨烯的形貌和尺寸进行表征，来了解石墨烯的增强效果。石墨烯形貌表征的最常用方法是扫描电子显微镜(SEM)观察法，将石墨烯材料沉积于硅片等平整基材表面即可对其形貌进行观测，如专利104817071A《一种石墨烯材料的尺寸分级方法》中的实施例所示。然而，对于石墨烯/聚合物复合材料而言，难以完全除去的聚合物在基底上沉积后会自发成膜，在SEM观察时会干扰对石墨烯的分辨。特别是当石墨烯与聚合物间形成了共价接枝时，聚合物本身就包覆于石墨烯表面，在平整基底上会覆盖石墨烯边缘，难以对石墨烯进行观察。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对现有的技术不足，提供AAO膜在石墨烯/聚合物复合材料形貌表征中的应用具体操作方法为：将石墨烯/聚合物复合材料溶解于聚合物相的良溶剂中震荡溶解，滴涂于AAO膜表面，并真空干燥；在扫描电子显微镜(SEM)下观测AAO膜表面形貌。进一步地，所述溶解温度为20～100℃，复合材料与溶剂的质量比为1～20:100。进一步地，在滴涂前，还对所述石墨烯/聚合物复合材料的溶液进行离心处理，以减少聚合物含量。进一步地，所述离心速度不小于10000转分。进一步地，所述AAO膜的孔径在50～500nm之间。本专利技术利用AAO膜的多孔性质，将初步与聚合物分离后的石墨烯分散液沉积于AAO表面，剩余未分离聚合物随溶剂渗入AAO膜的孔道中，而石墨烯片留在AAO上，进而可以对其形貌进行观测。本专利技术方法相比传统方法，一方面降低了聚合物对石墨烯观测的影响，提高了分辨度和准确性，另一方面，避免了常规观测法的反复离心，大幅提升了效率，有益效果在于：(1)操作简单。常规方法为了完全除去聚合物，需要进行反复离心操作，费时费力，而且在此过程中石墨烯会发生一定损失，而本专利技术方法仅需一次离心，省时省力。(2)辨识度高。由于聚合物在多孔基底上不能成膜，避免了聚合物对石墨烯的观测带来的干扰，并且石墨烯边缘悬空于AAO孔之上，更易观察。(3)安全环保。常规聚合物的溶剂大多为有机溶剂，而像PET的溶剂为苯酚-四氯乙烷混合溶液，尼龙的溶剂为甲酸或浓硫酸，反复离心时不仅会产生大量废液，对操作者的安全也有一定威胁。本专利技术方法只需一步离心，更为安全卫生。综上，采用AAO沉积法可以更好地观测聚合物中的石墨烯形貌，具有极高的科研价值和实用性。附图说明图1～4分别为经本专利技术示例1～4得到的石墨烯微观形貌图。图5,6分别为经本专利技术对比例1,2得到的石墨烯微观形貌图。具体实施方式制备石墨烯-发泡EVA复合材料的方法包括如下步骤：将石墨烯/聚合物复合材料溶解于聚合物相的良溶剂中震荡溶解，滴涂于AAO膜表面，并真空干燥；在扫描电子显微镜(SEM)下观测AAO膜表面形貌。所述溶解温度为20～100℃，复合材料与溶剂的质量比为1～20:100。在滴涂前，还对所述石墨烯/聚合物复合材料的溶液进行离心处理，以减少聚合物含量。所述离心速度为10000～18000转分，离心时间为5～30分钟。所述AAO膜的孔径在50～500nm之间。通过大量试验发现，溶解温度在20～100℃可有效实现聚合物的充分溶解，温度低于20℃时溶解速度过慢，甚至导致溶剂凝固，温度高于100℃时溶剂挥发显著，对实验安全和卫生不利。复合材料与溶剂的质量比低于1:100时，由于复合材料中石墨烯含量普遍在0.1～1wt％之间，所得溶液中石墨烯含量过少，当质量比高于20:100时，聚合物的溶解不良，体系粘度过大甚至不完全溶解，无法将石墨烯与聚合物通过离心方式分离。离心速度选择高于10000转/分是为了确保石墨烯完全与聚合物分离。AAO孔径在50nm以下聚合物难以渗入孔道内部，重新成膜，影响石墨烯观测，而孔径高于500nm时，石墨烯有可能会掉进孔内，从而观测不到石墨烯。下面通过实施例对本专利技术进行具体描述，本实施例只用于对本专利技术做进一步的说明，不能理解为对本专利技术保护范围的限制，本领域的技术人员根据上述专利技术的内容做出一些非本质的改变和调整均属本专利技术的保护范围。实施例1：取1g石墨烯/尼龙6复合切片，溶于30g64％甲酸中，在60℃下震荡溶解，在15000转/分下离心10分钟，倒去上清液，加入20g64％甲酸重新分散，沉积于孔径为200nm的AAO膜表面，真空干燥后，在SEM下观测。经以上步骤，得到石墨烯/尼龙6复合切片中的石墨烯形貌，如图1所示。可以看到，石墨烯片悬浮于多孔AAO基底之上，边缘清晰可见。表面颗粒状物质可能是原位接枝的聚合物分子。实施例2：取1g多层石墨烯/尼龙6复合切片，溶于30g64％甲酸中，在60℃下震荡溶解，在15000转/分下离心10分钟，倒去上清液，加入20g64％甲酸重新分散，沉积于孔径为200nm的AAO膜表面，真空干燥后，在SEM下观测。经以上步骤，得到多层石墨烯/尼龙6复合切片中的石墨烯形貌，如图2所示。可以看到，相比图1而言材料整体更厚，边缘可以看到分层结构，为多层石墨烯。表面无粗糙颗粒，更为平整。实施例3：取0.8g石墨烯/PET复合切片，溶于25g的苯酚/四氯乙烷(1:1)溶液中，在40℃下震荡溶解，在18000转/分下离心20分钟，倒去上清液，加入25g苯酚/四氯乙烷(1:1)溶液重新分散，沉积于孔径为200nm的AAO膜表面，真空干燥后，在SEM下观测。经以上步骤，得到石墨烯/PET复合切片中的石墨烯形貌，如图3所示。可以看到，整体形貌与图1接近，整体形貌清晰可见。实施例4：取2g石墨烯/PAN复合切片，溶于20g的二甲基甲酰胺溶液中，在室温下震荡溶解，在16000转/分下离心20分钟，倒去上清液，加入25g二甲基甲酰胺重新分散，沉积于孔径为200nm的AAO膜表面，真空干燥后，在SEM下观测。经以上步骤，得到石墨烯/PET复合切片中的石墨烯形貌，如图4所示。可以看到，石墨烯的厚度很大，表面甚至可以看到层状结构，说明石墨烯本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.AAO膜在石墨烯/聚合物复合材料形貌表征中的应用。
【技术特征摘要】
1.AAO膜在石墨烯/聚合物复合材料形貌表征中的应用。2.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，具体为：将石墨烯/聚合物复合材料溶解于聚合物相的良溶剂中震荡溶解，滴涂于AAO膜表面，并真空干燥；在扫描电子显微镜(SEM)下观测AAO膜表面形貌。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述溶解温度为20～100℃，复...
【专利技术属性】
技术研发人员：高超，陈琛，韩燚，
申请(专利权)人：杭州高烯科技有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江,33
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