石墨烯分散剂及其应用制造技术

本发明专利技术公开了一种石墨烯分散剂，其包括具有电活性的苯胺低聚物，且所述苯胺低聚物能够与石墨烯形成π-π复合物。本发明专利技术还公开了所述石墨烯分散剂的应用，例如提供了基于所述石墨烯分散剂的分散方法、分散体等。本发明专利技术利用易于合成，成本低廉的导电类苯胺低聚物和/或其衍生物作为石墨烯分散剂，并通过将所述分散剂与石墨烯或其它纳米碳材料在分散介质中简单混合，即可大幅提升纳米碳材料于分散介质中的分散度、分散稳定性及再分散性能，还无损于这些碳材料的物理、化学性能，且操作简单，利于规模化实施。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种石墨烯分散方法，特别涉及一种石墨烯分散剂及其应用。
技术介绍
石墨烯是由sp2杂化碳原子相互连接形成单原子层厚度二维蜂窝状晶格结构的碳材料，具有优异的电学、力学、热学和机械性能。石墨烯的制备方法通常包括机械剥离、化学气相沉积、氧化-还原、溶液超声玻璃等方法。剥离的石墨烯由于片层强烈的π-π相互作用，石墨烯片层容易团聚在一起，致使有机溶剂或水中的溶解度有限，这就很大程度上限制了其应用。有鉴于此，研究人员提出了多种方案，以期解决这些问题。其中常用的一种方式是通过在分散介质中加入表面活性剂等辅助分散剂，其虽然能够在一定程度上提升石墨烯的分散度，但效果不明显，而且通常来说，特定的表面活性剂只适用于特定的分散介质，不具普适性。另外一种方式是通过对石墨烯进行化学改性处理，从而提升其分散性能，但这种方式会导致石墨烯材料的化学组成及物理形貌等均发生变化。因此，如何在不破坏石墨烯独特理化性能的基础上实现石墨烯于分散介质中的高效、稳定分散，一直是业界亟待解决的难题。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术的主要目的在于提供一种石墨烯分散剂，藉此该石墨烯分散剂，可以简便方式实现石墨烯在分散介质中的良好分散。本专利技术的另一目的在于提供一种所述石墨烯分散剂的应用，例如基于所述石墨烯分散剂的石墨烯分散体，高效石墨烯分散方法及再分散方法等。为实现前述专利技术目的，本专利技术采用的技术方案包括：在一些实施例中提供了一种石墨烯分散剂，其包括具有电活性的苯胺低聚物，且所述苯胺低聚物能够与石墨烯形成π-π复合物。在一些实施例中还提供了石墨烯与所述石墨烯分散剂的π-π复合物。在一些实施例中还提供了一种石墨烯分散体，其包含：分散介质，以及，分散于所述分散介质中的、如上所述的π-π复合物。在一些实施例中还提供了一种石墨烯分散体的制备方法，其包括：将石墨烯及所述的石墨烯分散剂于分散介质中均匀混合形成稳定分散体。在一些实施例中还提供了一种石墨烯分散和再分散方法，其包括：将石墨烯及所述的石墨烯分散剂于分散介质中均匀混合形成稳定分散体，去除所述分散体中的分散介质而获得石墨烯与所述石墨烯分散剂的复合物，以及，将所述复合物再次分散于分散介质中，再次形成稳定分散体。在一些实施例中还提供了一种纳米碳材料分散剂，其有效成分选自包含有2-8个芳香环，且相对分子量在10000以下，并能够与纳米碳材料形成π-π复合物的化合物。其中，所述纳米碳材料至少选自石墨烯、碳纳米管、纳米碳纤维，优选为石墨烯。优选的，所述纳米碳材料分散剂选自具有电活性的苯胺低聚物。较之现有技术，本专利技术的有益效果至少包括：利用易于合成，成本低廉的导电类苯胺低聚物和/或其衍生物作为石墨烯分散剂，并通过将该分散剂与石墨烯在分散介质中简单混合，即可大幅提升石墨烯于分散介质中的分散度、分散稳定性及再分散性能，还无损于石墨烯的独特物理、化学性能，且操作简单，利于规模化实施。附图说明图1是本专利技术一典型实施案例之中一种石墨烯分散液和可再分散石墨烯粉体的制程图；图2是实施例1中石墨烯分散剂及石墨烯-分散剂复合物的紫外-可见光谱图；图3是实施例1中石墨烯、石墨烯分散剂及石墨烯-分散剂复合物的拉曼光谱图；图4是实施例1中石墨烯、石墨烯分散剂及石墨烯-分散剂复合物的XRD谱图；图5a-图5b是实施例1中石墨烯-分散剂复合物的SEM图；图6是实施例1中石墨烯-分散剂复合物的AFM图；图7是实施例1中石墨烯-分散剂复合物的TEM图；图8a是纳米碳纤维与环氧树脂组合物的固化物的SEM形貌图；图8b是实施例1石墨烯分散剂-纳米碳纤维复合物与环氧树脂组合物的固化物的SEM形貌图；图9a是环氧富锌防腐底漆的防腐效果测试图；图9b是实施例1石墨烯-分散剂复合物/环氧树脂底漆的防腐效果测试图；图10是实施例1石墨烯-分散剂复合物/环氧树脂底漆与其它市售底漆的防腐效果对比图。具体实施方式如前所述，鉴于现有技术中石墨烯在普通分散介质，例如四氢呋喃、二甲基甲酰胺，二甲基亚砜等有机溶剂中分散效果不佳的不足(参阅图1)，本案专利技术人经长期研究和大量实践，特提出本专利技术的技术方案，并获得了出乎意料的良好技术效果。如下将对本专利技术的技术方案进行较为详细的解释说明。本专利技术的一个方面提供了一种石墨烯分散剂，其有效成分选自包含有2～8个芳香环，且相对分子量在10000以下，并能够与石墨烯形成π-π复合物的化合物。较为优选的，所述化合物的相对分子量可以为100～1000。在一些实施例中，所述化合物选自苯胺低聚物和/或其衍生物。相应的，此处所述的“π-π复合物”系指由苯胺低聚物和/或苯胺低聚物衍生物与石墨烯主要经π-π作用，而不是通过化学键结合形成的复合物。所述的苯胺低聚物亦称苯胺齐聚物，其包含的苯胺共轭链段短于聚苯胺，电活性与聚苯胺相似，但分子中不存在缺陷，且具有更好的溶解性。例如，所述石墨烯分散剂可以是主要由能够与石墨烯通过π-π相互作用结合，从而使石墨烯稳定分散于有机溶剂中的具有芳香结构的苯胺低聚物组成。在一些更为具体的案例中，所述石墨烯分散剂可以由能够与石墨烯通过π-π相互作用结合，从而使石墨烯在有机溶剂中的最大分散度达到5mg/mL的具有芳香结构的苯胺低聚物组成。需要说明的是，此处所述的“最大分散度”对应于采用最低有效量的石墨烯分散剂的情况。其中，藉由所述石墨烯分散剂，使石墨烯能够通过物理方法而稳定分散于有机溶剂中，此处所述的物理方法可以是搅拌、超声等简单物理方式，但不局限于此。在一些较佳实施例中，所述石墨烯分散剂可优选自苯胺三聚体、苯胺四聚体、苯胺五聚体、苯胺六聚体中的任意一种或两种以上的组合。适用于本专利技术的苯胺低聚物可以从商购途径获取，也可以参考文献(例如，《CHEM.COMMUN.》，2003年,第2768-2769页；《SyntheticMetals》,2001年,第122卷第237-242页；CN101811997A；CN1369478A、CN1204655A等)自制。本专利技术的另一个方面还提供了石墨烯与所述石墨烯分散剂的π-π复合物。较为优选的，所述的π-π复合物中石墨烯与石墨烯分散剂的摩尔比为100:1～1:100，优选为10:1～1:10，尤其优选为2:1～1:2。事实上，所述π-π复合物亦可视为一种可再分散石墨烯粉体，其主要是通过将主要由石墨烯与石墨烯分散剂组成的分散体，例如石墨烯分散液干燥后获得的粉体，且所述粉体能够被再次直接分散于分散介质，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种石墨烯分散剂，其特征在于包括具有电活性的苯胺低聚物，且所述苯胺低聚物能够与石墨烯形成π‑π复合物。

【技术特征摘要】
2014.12.02 CN 20141072246811.一种石墨烯分散剂，其特征在于包括具有电活性的苯胺低聚物，且所述苯胺低聚物能
够与石墨烯形成π-π复合物。
2.根据权利要求1所述的石墨烯分散剂，其特征在于：
所述苯胺低聚物的相对分子量为100～1000；
优选的，所述石墨烯分散剂包括苯胺三聚体、苯胺四聚体、苯胺五聚体、苯胺六聚体中
的任意一种或两种以上的组合。
3.石墨烯与权利要求1-2中任一项所述石墨烯分散剂的π-π复合物。
4.根据权利要求3所述的π-π复合物，其特征在于，其中石墨烯与石墨烯分散剂的摩尔
比为100:1～1:100，优选为10:1～1:10，进一步优选为2:1～1:2。
5.一种石墨烯分散体，其特征在于包含：分散介质；以及，分散于所述分散介质中的、
如权利要求3-4中任一项所述的π-π复合物。
6.根据权利要求5所述的石墨烯分散体，其特征在于：
所述石墨烯分散体为流体状分散体；
优选的，所述石墨烯分散体为液态分散体或浆料；
和/或，所述分散介质包括水、有机溶剂、树脂中的任意一种或两种以上的组合；优选的，
所述分散介质选自有机溶剂；
和/或，优选的，所述石墨烯分散体包含浓度为0.1mg/ml～100mg/ml的石墨烯。
7.一种石墨烯分散体的制备方法，其特征在于包括：将石墨烯及权利要求1-2中任一项
所述的石墨烯分散剂于分散介质中均匀混合形成稳定分散体；
优选的，石墨烯与石墨烯分散剂的摩尔比为100:1～1:100，尤其优选为10:1～1:10，进
一步优选为2:1～1:2；
优选的，所述分散介质包括水、有机溶剂、高分子聚合物中的任意一种或两种以...

【专利技术属性】
技术研发人员：余海斌，赵海超，顾林，刘栓，马骏，丁纪恒，
申请(专利权)人：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