一种高强度高透明度柔性石墨烯-聚乙烯复合膜的制备方法技术

本发明专利技术涉及一种高强度高透明度柔性石墨烯‑聚乙烯复合膜的制备方法，包括如下步骤：在基底上生长单层石墨烯；石墨烯生长完成后，冷却到室温，连同基底一起直接贴附到水平放置的聚乙烯膜上，其中石墨烯面与聚乙烯膜表面直接贴附，这个过程的介质为小分子挥发性物质；将贴附好的组合物放在热空气或非聚乙烯溶剂的热油浴中进行热处理；将热处理好的组合物放在室温条件下冷却，冷却到室温后将基底进行物理剥离；得到石墨烯‑聚乙烯复合膜。本发明专利技术的超高分子量聚乙烯与石墨烯的复合薄膜具有高强度、高透明度、导电且柔性的特点，整张面积可达40平方厘米，有着很好的实用性，可用于电子显示器表层、应力传感器等各个领域。

Preparation of a Flexible Graphene-Polyethylene Composite Film with High Strength and Transparency

【技术实现步骤摘要】
一种高强度高透明度柔性石墨烯-聚乙烯复合膜的制备方法
本专利技术涉及新材料领域，具体涉及一种高强度高透明度柔性石墨烯-聚乙烯复合膜的制备方法。
技术介绍
传统的聚乙烯膜具有良好的化学稳定性和生物相容性，具有良好的热封性、耐冲击性、一定的透明性和阻隔性，安全无毒、防潮性能好、用途广泛，但是也有本身强度低、透光性差、耐热等性能差等缺点，目前，对聚乙烯薄膜进行改性一般通过在聚合物中添加填料来达到目的。也有研究显示，对超高分子量聚乙烯(UHMWPE)粉料进行热处理，可以提高所得制品的物理性能和透明性，但是对于特种用途的高端膜材料而言，目前膜材的强度和透明度方面都还有很大的需要改善的空间。石墨烯是一种新型的二维纳米碳材料，具有优异的电性能、机械性能和热性能等，热导率可达50000W·m-1·K-1，在电子器件、气体传感器、复合材料、薄膜材料等领域获得广泛应用，石墨烯的强度是已测材料中最高的，达到130GPa，少量的石墨烯就能明显增强高分子材料的力学性能。由于新兴科技的发展，导电膜材成为必不可少的材料，石墨烯也成为新材料领域研究的热点，中国专利2015107899592提出一种制备改性石墨烯-聚乙烯醇复合薄膜的方法，中国专利2017102416937提出一种一种功能化石墨烯-聚乙烯复合薄膜的制备方法，都是将石墨烯作为纳米填料组分加入聚乙烯制膜材料中，混合后制得石墨烯-聚乙烯复合薄膜。这种先混合制备胶体，然后制成石墨烯-聚乙烯复合薄膜的方法，获得的的薄膜虽然具有导电性能和更强的力学性能，但是在透明度方面并不理想。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种高强度高透明度柔性石墨烯-聚乙烯复合膜的制备方法，以提供一种高强度高透明度柔性石墨烯-聚乙烯复合膜，解决上述
技术介绍
中提出的问题。为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种高强度高透明度柔性石墨烯-聚乙烯复合膜的制备方法，包括如下步骤：1)在基底上生长单层石墨烯；2)石墨烯生长完成后，冷却到室温，连同基底一起直接贴附到水平放置的聚乙烯膜上，其中石墨烯面与聚乙烯膜表面直接贴附，这个过程的介质为小分子挥发性物质；3)将步骤2)所得贴附好的组合物放在热空气或非聚乙烯溶剂的热油浴中进行热处理；4)将步骤3)热处理好的组合物放在室温条件下冷却，冷却到室温后将基底进行物理剥离；5)得到石墨烯-聚乙烯复合膜。进一步，步骤1)所述的基底为铜箔、镍箔、铂金箔其中之一或其合金箔片。进一步，步骤2)所述的小分子挥发性物质为乙醇、丙酮、丙醇其中之一。进一步，步骤1)所述在基底上生长石墨烯的方法为化学气相沉积法。进一步，可以通过调节初始聚乙烯膜厚度和/或聚乙烯膜孔隙度和/或步骤3)热处理温度调节控制石墨烯-聚乙烯复合膜的透明度。进一步，步骤2)所述聚乙烯膜为超高分子量聚乙烯膜。进一步，所述超高分子量聚乙烯膜为双轴取向纳米多孔材料，孔隙度>75％。进一步，步骤3)所述的热处理温度为120-160℃。进一步，步骤2)所用的超高分子量聚乙烯膜厚度为1-3微米。进一步，所述超高分子量聚乙烯膜经贴附基底上生长的石墨烯并进行热处理后，厚度收缩65-75％。以上所述高强度高透明度柔性石墨烯-聚乙烯复合膜在导电膜领域的应用。本专利技术所述超高分子量聚乙烯膜的制备方法为，将超高分子量聚乙烯粉末与溶剂均匀混合搅拌后在双螺杆挤出机挤出成前驱体膜，此前驱体膜经过双向热拉伸，随后进行溶剂萃取处理，干燥，制备为成品超高分子量聚乙烯膜。本专利技术优选厚度为1-3微米、双轴取向纳米多孔材料的超高分子量聚乙烯膜，孔隙度>75％。本专利技术的有益效果是：1.强度高：本专利技术的超高分子量聚乙烯与石墨烯复合薄膜，由于石墨烯是原始生长出来的整层贴附到超高分子量聚乙烯膜上，因此复合膜的机械强度最高达到650MPa，超过钢；2.透明度高，并且厚度和透明度可以调节，符合高端导电膜的要求：本专利技术的超高分子量聚乙烯与石墨烯复合薄膜透明度比同等热处理条件下的超高分子量聚乙烯膜的透明度好，其机理是，由于石墨烯是在超高分子量聚乙烯膜的一面形成面外方向的支持，在热退火工艺下，超高分子量聚乙烯膜与石墨烯接触的表面部分熔化，石墨烯转移到超高分子量聚乙烯膜上，在膜的平面方向上，形成高透明度的优选结晶，减小了超高分子量聚乙烯膜的表面粗糙度，因此透光率比单用超高分子量聚乙烯膜进行热退火处理的透光率提高7％-50％；并且透明度可以调节，其调节透明度的机理是，超高分子量聚乙烯膜本身是多层多孔的结构，且层间有一定空气缝隙，热处理后层与层之间的空气缝隙由于聚乙烯的熔融再结晶而坍塌，因此厚度会收缩。我们可以通过改变以下参数来控制透明度：初始膜厚、孔隙度、退火温度。本申请将基底上生长的单层石墨烯直接贴附到超高分子量聚乙烯膜一面，复合膜连同基底一起进行退火处理，薄膜在厚度方向上的收缩约65-75％。根据这个比例，通过控制膜的初始厚度，我们可以调节最终膜的厚度和透明度，并且通过控制退火温度，可以控制结晶度和表面粗糙度，从而降低表面散射效应，调节复合膜的光学透明度。3.灵敏度高：本专利技术的超高分子量聚乙烯与石墨烯复合薄膜可以做应力传感器，灵敏度达到3000。4.剥离面积大：本专利技术的超高分子量聚乙烯与石墨烯复合薄膜，由于是整层贴附并进行热退火处理，采用物理方法剥离基底时，可以获得的整片超高分子量聚乙烯与石墨烯复合薄膜的面积较大，目前可以达到40平方厘米。5.实用性强：本专利技术的超高分子量聚乙烯与石墨烯的复合薄膜具有高强度、高透明度、导电且柔性的特点，整张面积可达40平方厘米，有着很好的实用性，可用于电子显示器表层、应力传感器等各个领域。6.与导电性能好：将石墨烯和聚乙烯膜粉料混合制备胶体后再制成膜材相比，本专利技术的直接贴附方式具有更好的导电性能。导电性能是否是石墨烯材料的共性，由于直接贴附，没有破坏石墨烯内部结构，因此该复合膜导电性能没有被破坏，因此可以作为导电膜使用，广泛用于电脑显示屏幕、手机显示屏幕等领域。附图说明图1a为本专利技术实施例1所用的超高分子量聚乙烯膜1μm电子显微结构图。图1b为本专利技术实施例1所获得的石墨烯-聚乙烯复合膜的50μm电子显微结构图。图1c为本专利技术实施例1的超高分子量聚乙烯膜(PE)和石墨烯-聚乙烯复合膜(gPE)共同经过热退火处理后的实际效果对比图。图2为本专利技术实施例1的超高分子量聚乙烯膜(PE)和石墨烯-聚乙烯复合膜的UV-Vis光谱对比图。图3为本专利技术实施例1的超高分子量聚乙烯膜(PE)和石墨烯-聚乙烯复合膜的机械强度变化曲线对比图。图4为本专利技术实施例1的超高分子量聚乙烯膜(PE)和石墨烯-聚乙烯复合膜的电特性变化曲线对比图。图5为超高分子量聚乙烯膜(PE)和石墨烯-聚乙烯复合膜退火处理后透光率对比图。图6为本专利技术实施例1的石墨烯-聚乙烯复合膜经过热退火处理并除去铜箔后的表面10μm电子显微结构图。图7为本专利技术实施例1经过热退火处理的石墨烯-聚乙烯复合膜和周边未贴附石墨烯的超高分子量聚乙烯膜的电子显微镜结构对比图图8为本专利技术实施例1的超高分子量聚乙烯膜通过裸铜箔进行热退火处理和通过贴附生长了单层石墨烯的铜箔基底进行热退火处理后的符合膜AFM图像。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高强度高透明度柔性石墨烯‑聚乙烯复合膜的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：1)在基底上生长单层石墨烯；2)石墨烯生长完成后，冷却到室温，连同基底一起直接贴附到水平放置的聚乙烯膜上，其中石墨烯面与聚乙烯膜表面直接贴附，这个过程的介质为小分子挥发性物质；3)将步骤2)所得贴附好的组合物放在热空气或非聚乙烯溶剂的热油浴中进行热处理；4)将步骤3)热处理好的组合物放在室温条件下冷却，冷却到室温后将基底进行物理剥离；5)得到石墨烯‑聚乙烯复合膜。

【技术特征摘要】
1.一种高强度高透明度柔性石墨烯-聚乙烯复合膜的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：1)在基底上生长单层石墨烯；2)石墨烯生长完成后，冷却到室温，连同基底一起直接贴附到水平放置的聚乙烯膜上，其中石墨烯面与聚乙烯膜表面直接贴附，这个过程的介质为小分子挥发性物质；3)将步骤2)所得贴附好的组合物放在热空气或非聚乙烯溶剂的热油浴中进行热处理；4)将步骤3)热处理好的组合物放在室温条件下冷却，冷却到室温后将基底进行物理剥离；5)得到石墨烯-聚乙烯复合膜。2.根据权利要求1所述高强度高透明度柔性石墨烯-聚乙烯复合膜的制备方法，其特征在于，步骤1)所述的基底为铜箔、镍箔、铂金箔其中之一或其合金箔片。3.根据权利要求1所述高强度高透明度柔性石墨烯-聚乙烯复合膜的制备方法，其特征在于，步骤1)所述的小分子挥发性物质为乙醇、丙酮、丙醇其中之一。4.根据权利要求1所述高强度高透明度柔性石墨烯-聚乙烯复合膜的制备方法，其特征在于，步骤1)所述在基底上生长石墨烯的方法为化学气相沉积...

【专利技术属性】
技术研发人员：高平，温维佳，励建书，李润莱，张清华，李津，
申请(专利权)人：深圳市前海三强国际科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44