石墨烯复合粉体材料及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种石墨烯复合粉体材料，其包括石墨烯材料和附着于所述石墨烯材料表面的微纳结构材料。所述微纳结构材料均匀分散在所述石墨烯材料中且通过化学键或物理作用与所述石墨烯材料复合。该石墨烯复合粉体材料具有分散性较好，不易团聚的优点。本发明专利技术还涉及一种石墨烯复合粉体材料的制备方法。

【技术实现步骤摘要】
石墨烯复合粉体材料及其制备方法
本专利技术涉及石墨烯材料，尤其涉及一种微纳材料复合的石墨烯复合粉体材料。
技术介绍
石墨烯材料为一种由碳原子通过sp2杂化构成的蜂窝状网络结构，且是只有一个碳原子厚度的二维材料。因石墨烯材料具有优异的电学、光学、热学和力学性能而引起了研究者极大的研究兴趣。目前，石墨烯材料的制备方法有机械剥离法、氧化-还原法、晶体外延生长法、化学气相沉积法、有机合成法和剥离碳纳米管法等。其中，氧化-还原法因其容易实现且成本低廉而成为制备石墨烯材料的常用方法。然而，通过该方法制得的石墨烯材料的密度小，因而后续的工业应用中容易产生扬尘，且较难运输及储存。又比如：申请号为201310200469.5的中国专利公开了一种石墨烯材料粉体的制备方法，其先将石墨加入到含有氧化剂和插层剂的混合溶液中，将得到的混合溶液进行超声处理的同时通入氦气，形成插层剂和氦分子插层的石墨插层化合物；再对石墨插层化合物进行热处理和超声剥离，得到石墨烯材料粉体。然而，通过这种制备方法得到的石墨烯材料粉体的团聚程度较高，分散性较差，因而不利于石墨烯材料在后续的下游产品中的应用。
技术实现思路
有鉴于此，确有必要提供一种分散性好且易于产业化应用的石墨烯复合粉体材料及其制备方法。一种石墨烯复合粉体材料，其包括石墨烯材料和附着于所述石墨烯材料表面的微纳结构材料。其中，所述微纳结构材料为碳黑，导电碳黑，金刚石，氮化硼，氮化硅，二氧化硅，氧化铝，硫酸钡，碳纳米管，碳纤维，石墨，金属粉，硅，蒙脱土，以及水滑石中的一种或组合，其中所述金属粉包括金粉，银粉，铜粉，以及锌粉中的一种或多种。其中，所述微纳结构材料与石墨烯材料的质量比例为0.1:1～5:1。其中，所述微纳结构材料与石墨烯材料的质量比例为1:2～2:1。其中，所述石墨烯复合粉体材料还包括第二聚合物，所述石墨烯材料和所述微纳结构材料均分散于第二聚合物中，所述石墨烯材料与第二聚合物的质量比为1:0.01～1:100。其中，所述石墨烯材料与第二聚合物的质量比为1:0.1～1:10。其中，所述第二聚合物选自聚乙烯醇，聚乙二醇，聚丙烯酰胺，聚乙烯吡咯烷酮，醋酸纤维素，羧甲基纤维素钠，以及聚谷氨酸中的一种或组合。一种石墨烯复合粉体材料的制备方法，包括以下步骤：(1)将第二聚合物、石墨烯材料、以及微纳结构材料加入水中，得到混合溶液，其中所述石墨烯材料与第二聚合物的质量比为1:0.01～1:100，微纳结构材料与石墨烯材料的质量比例为0.1:1～5:1；(2)干燥处理得到所述石墨烯复合粉体材料。其中，所述第二聚合物选自聚乙烯醇，聚乙二醇，聚丙烯酰胺，聚乙烯吡咯烷酮，醋酸纤维素，羧甲基纤维素钠，以及聚谷氨酸中的一种或组合。一种石墨烯复合粉体材料的制备方法，其包括以下步骤：(1)将第一聚合物单体、石墨烯材料、以及微纳结构材料加入水中，得到混合溶液，其中所述第一聚合物单体、石墨烯材料与微纳结构材料的质量比为(0.01～1):(0.1～1):(5～1)；(2)加入水溶性引发剂，在30℃～100℃的反应温度下进行反应，反应时间为1小时～10小时，其中所述水溶性引发剂与所述第一聚合物单体的质量比为1:10～1:100；以及,(3)干燥处理得到所述石墨烯复合粉体材料。其中，所述第一聚合物单体为水溶性的马来酸、马来酸酐、富马酸、富马酸酸酐、丙烯酸、甲基丙烯酸、二烯丙基二甲基氯化铵、丙烯腈以及水溶性的丙烯酰胺类单体中的一种或组合，所述丙烯酰胺类单体选自丙烯酰胺、甲基丙烯酰胺、N-叔丁基丙烯酰胺、双丙酮丙烯酰胺、2-丙烯酰氨基-2-甲基-1-丙烷磺酸、N-异丙基丙烯酰胺、肉桂酰胺和N-(3-二甲氨基丙基)甲基丙烯酰胺中的一种或组合，所述水溶性引发剂为选自过硫酸盐、偶氮二异丁腈、偶氮二异庚腈、偶氮二异丁脒盐酸盐、偶氮二异丁咪唑啉盐酸盐、偶氮二异丁咪唑啉或偶氮二氰基戊酸中的一种或组合。其中，所述混合溶液的制备方法具体为将第一聚合物单体、石墨烯材料、以及微纳结构材料加入水中，并在30℃～50℃的温度下搅拌0.1小时～2小时，所述反应温度为40℃～60℃，所述水溶性引发剂与所述第一聚合物单体的质量比为1:20～1:50。其中，所述步骤(1)中还进一步包括在混合溶液中加入第二聚合物，所述第二聚合物选自聚乙烯醇，聚乙二醇，聚丙烯酰胺，聚乙烯吡咯烷酮，醋酸纤维素，羧甲基纤维素钠，以及聚谷氨酸中的一种或组合，所述石墨烯材料与第二聚合物的质量比为1:0.01～1:100。一种石墨烯复合粉体材料的制备方法，其包括以下步骤：(1)将微纳结构材料和有机胺类化合物在40℃～100℃温度下搅拌反应2小时～6小时，过滤干燥后得到改性后的微纳结构材料，其中所述有机胺类化合物与微纳结构材料的质量比为10:1～100:1；(2)先将水和乙醇混合得到乙醇水溶液，再加入含有芳香基的硅烷偶联剂以配制成第一溶液，其中水和乙醇的质量比为1:5～1:8，所述含有芳香基的硅烷偶联剂与所述乙醇水溶液的质量比为1:1～10:1；(3)提供含石墨烯材料的水溶液，将所述第一溶液加入含石墨烯材料的水溶液中，并在80℃～120℃的温度下搅拌1小时～3小时，得到含改性的石墨烯材料的混合溶液，其中含石墨烯材料的水溶液中石墨烯材料的质量百分比为0.5％～3％，所述石墨烯材料与含有芳香基的硅烷偶联剂的质量比为5:1～20:1；以及，(4)将改性后的微纳结构材料加入到所述含改性的石墨烯材料的混合溶液中，并反应一段时间，得到石墨烯复合粉体材料，其中所述微纳结构材料附着于改性的石墨烯材料的表面。其中，所述有机胺类化合物与微纳结构材料的质量比为5:1～10:1，所述反应时间为2小时～6小时。其中，所述有机胺类化合物为选自乙二胺、二乙烯三胺、三乙烯四胺、间苯二胺、间苯二甲胺、以及二氨基二苯基甲烷中的一种或组合，所述含有芳香基的硅烷偶联剂为选自苯基三甲氧基硅烷、苯基三乙氧基硅烷、二苯基二乙氧基硅烷、以及二苯基二甲氧基硅烷中的一种或组合。进一步在所述步骤(1)中，还将第二聚合物加入至微纳结构材料和有机胺类化合物中混合搅拌，所述第二聚合物为水溶性聚合物，所述水溶性聚合物选自聚乙烯醇，聚乙二醇，聚丙烯酰胺，聚乙烯吡咯烷酮，醋酸纤维素，羧甲基纤维素钠，以及聚谷氨酸中的一种或组合，所述石墨烯材料与第二聚合物的质量比为1:0.01～1:100。与现有技术相比较，通过该制备方法得到的石墨烯复合粉体材料的分散性较好，不易团聚。并且，该方法反应条件较温和，步骤较少，易于操作和产业化。与现有技术相比较，本专利技术提供的石墨烯复合粉体材料中石墨烯材料表面附着有微纳结构材料，从而使得相邻的石墨烯材料之间均有微纳结构材料形成阻隔，从而使得本专利技术的石墨烯材料之间不相互缠绕，不宜团聚，利于分散；且当所述微纳结构材料通过第一聚合物或化学键复合在石墨烯材料中时，可防止微纳结构材料在石墨烯材料表面形成团聚，进一步提高石墨烯材料之间的分散性能。并且由于水溶性的第二聚合物的存在可使该石墨烯复合粉体材料在下游产业应用中易于分散。本专利技术提供的一种石墨烯复合粉体材料的制备方法，通过物理性的搅拌和分散可实现将所述微纳结构材料与所述石墨烯材料均匀分散于第二聚合物中，使得所述微纳结构材料与所述石墨烯材料通过物理作用紧密结合，从而得到分散性与导电性本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种石墨烯复合粉体材料，其包括石墨烯材料和附着于所述石墨烯材料表面的微纳结构材料。

【技术特征摘要】
1.一种石墨烯复合粉体材料，其包括石墨烯材料和附着于所述石墨烯材料表面的微纳结构材料,所述微纳结构材料通过范德华力均匀分散在所述石墨烯材料表面，所述石墨烯复合粉体材料还包括第一聚合物和第二聚合物，所述石墨烯材料和所述微纳结构材料均分散于第一聚合物和第二聚合物中，所述第一聚合物选自聚马来酸、聚马来酸酐、聚富马酸、聚富马酸酸酐、聚丙烯酸、聚甲基丙烯酸、聚二烯丙基二甲基氯化铵、聚丙烯腈、聚甲基丙烯酰胺、聚N-叔丁基丙烯酰胺、聚双丙酮丙烯酰胺、聚2-丙烯酰氨基-2-甲基-1-丙烷磺酸、聚N-异丙基丙烯酰胺、聚肉桂酰胺和聚N-(3-二甲氨基丙基)甲基丙烯酰胺中的一种或组合，所述第二聚合物选自聚乙烯醇，聚乙二醇，聚丙烯酰胺，聚乙烯吡咯烷酮，醋酸纤维素，羧甲基纤维素钠，以及聚谷氨酸中的一种或组合。2.如权利要求1所述的石墨烯复合粉体材料，其特征在于，所述微纳结构材料为碳黑，导电碳黑，金刚石，氮化硼，氮化硅，二氧化硅，氧化铝，硫酸钡，碳纳米管，碳纤维，石墨，金属粉，硅，蒙脱土，以及水滑石中的一种或组合，其中所述金属粉包括金粉，银粉，铜粉，以及锌粉中的一种或多种。3.如权利要求1所述的石墨烯复合粉体材料，其特征在于，所述微纳结构材料与石墨烯材料的质量比例为0.1:1～5:1。4.如权利要求3所述的石墨烯复合粉体材料，其特征在于，所述微纳结构材料与石墨烯材料的质量比例为1:2～2:1。5.如权利要求1所述的石墨烯复合粉体材料，其特征在于，所述石墨烯材料与第二聚合物的质量比为1:0.01～1:100。6.如权利要求5所述的石墨烯复合粉体材料，其特征在于，所述石墨烯材料与第二聚合物的质量比为1:0.1～1:10。7.一种如权利要求1～6任一项所述石墨烯复合粉体材料的制备方法，包括以下步骤：(1)将第一聚合物单体、石墨烯材料、以及微纳结构材料加入水中，得到混合溶液，并在混合溶液中加入第二聚合物，其中所述第一聚合物单体、石墨烯材料与微纳结构材料的质量比为(0.01～1):(0.1～1):(5～1)，所述第二聚合物选自聚乙烯醇，聚乙二醇，聚丙烯酰胺，聚乙烯吡咯烷酮，醋酸纤维素，羧甲基纤维素钠，以及聚谷氨酸中的一种或组合，所述石墨烯材料与第二聚合物的质量比为1:0.01～1:100；(2)加入水溶性引发剂，在30℃～100℃的反应温度下进行反应，反应时间为1小时～10小时，其中所述水溶性引发剂与所述第一聚合物单体的质量比为1:10～1:100；以及(3)干燥处理得到所述石墨烯复合粉体材料。8.如权利要求7所述的石墨烯复合粉体材料的制备方法，其特征在于，所述第一聚合物单体为水溶性的马来酸、马来酸酐、富马酸、富马酸酸酐、丙烯酸、甲基丙烯酸、二烯丙基二甲基氯化铵、丙烯腈以及水溶性的丙烯酰胺类单体中的一种或组合，所述丙烯酰胺类单体选自甲基丙烯酰胺、N-叔丁基丙烯酰胺、双丙酮丙烯酰胺、2-丙烯酰氨基-2-甲基-1-丙烷磺酸、N-异丙基丙烯酰胺、肉桂酰胺和N-(3-二甲氨基丙基)甲基丙烯酰胺中的一种或组合，所述水溶性引发剂为选自过硫酸盐、偶氮二异丁腈、偶...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘兆平，周旭峰，唐长林，秦志鸿，胡建国，王国华，赵永胜，
申请(专利权)人：宁波墨西科技有限公司，中国科学院宁波材料技术与工程研究所，
类型：发明
国别省市：浙江;33