一种聚吡咯纳米线界面改性三维石墨烯/PDMS复合光热材料的制备方法技术

本发明专利技术涉及化工化学技术领域，具体涉及了一种聚吡咯纳米线界面改性三维石墨烯/PDMS复合光热材料的制备方法。采用电化学氧化吡咯聚合方法，在三维石墨烯的表面生长聚吡咯纳米线，将其与PDMS混合，真空除泡，固化得到聚吡咯纳米线界面改性的三维石墨烯/PDMS复合材料。本发明专利技术的聚吡咯纳米线改性三维石墨烯/PDMS复合材料具有连续的界面相，聚吡咯纳米线的存在有效地解决了石墨烯与PDMS相容性差的问题，显著提高了石墨烯与PDMS之间的结合力，材料的各种表征数据显示改性后的复合材料其杨氏模量、电导率、热导率、光热转化性能等均得到显著的提高，该界面改性技术获得的复合材料可以广泛的应用于高性能电子器件和高科技工业技术领域。

【技术实现步骤摘要】
一种聚吡咯纳米线界面改性三维石墨烯/PDMS复合光热材料的制备方法
本专利技术涉及化学化工
，具体作为一种聚吡咯纳米线界面改性三维石墨烯/PDMS复合材料的方法
技术介绍
三维石墨烯/PDMS复合材料是将三维石墨烯与PDMS复合的材料，具有良好的柔韧性和可拉伸性能；同时还具有优异的电学性能，导热性能和电磁屏蔽性能等。因此，三维石墨烯/PDMS复合材料在传感器、热界面材料、高性能电子器件等领域具有广阔的应用前景。界面相是复合材料填充体和聚合物基体材料之间的连接桥梁，其微观的纳米结构显著影响复合材料的力学性能、电学性能和导热性能等，优化界面相的微观结构是提高复合材料性能的主要手段之一。石墨烯是一种单层二维原子结构晶体，具有优异的电子迁移率(20000cm2V-1S-1)、比表面积(2630m2/g)、热导率(～5000W/m·K)、透光性(97％)、机械性能等。石墨烯作为二维组装单元，可以形成纤维、薄膜、泡沫等宏观结构，这些体相材料可以作为填充体与聚合物形成功能性复合材料。其中三维石墨烯最初由成会明课题组利用泡沫镍作为模板制备，其可与PDMS、环氧树脂、聚氨酯等形成复合薄膜，体现了优异的导电性、导热性、电磁屏蔽等性能。Hummer法制备的氧化石墨烯可以作为构筑单元制备三维泡沫结构，常用方法包括水热法、冰模板组装法、硬模板法等手段，但是还原氧化石墨烯表面残留的含氧官能团严重的限制了其本征性能，所制备聚合物复合材料性能达不到实际应用的要求。化学气相沉积法制备的三维石墨烯结晶性好，石墨烯片层连续生长，导电性能接近本征石墨烯。因此化学气相沉积法制备的三维石墨烯是一种理想的填充体，所制备的复合材料各种性能有望满足实际应用的苛刻要求。成会明课题组的研究工作和专利(CN201210574175.4)公开了一种轻质柔性石墨烯/聚合物泡沫电磁屏蔽材料及制备和应用，显示了化学气相沉积法制备的三维石墨烯是一种潜在的功能填充体。但是化学气相沉积法制备的三维石墨烯表面缺陷结构少，含氧官能团含量低，于PDMS的界面兼容性和结合力都比较差。填充体和聚合物基体之间界面相的微观结构存在大量结构缺陷，应力传递效果差，界面声子散射严重，热阻较高，严重限制了复合材料的机械性能、导电和导热性能。因此，改善化学气相沉积法制备三维石墨烯的表面纳米结构和化学组成，提高界面相的微观纳米结构，可以增加石墨烯与聚合物之间的相容性和结合力，减少声子散射，提高复合材料的拉伸杨氏模量、电导率、热导率等性能，因此石墨烯/PDMS的界面改性是推进其走向实际应用的关键科学问题。专利(申请号CN201811032839.8)公开了一种石墨烯-三维聚吡咯骨架复合海绵的制备方法，但是专利内容并未涉及石墨烯，其制备路线仅仅能利用泡沫镍为模板获得聚吡咯薄膜，而非聚吡咯纳米线构成的泡沫结构。专利(申请号CN201610671458.9)公开了一种聚吡咯复合石墨烯泡沫电极片的制备方法，该专利利用氧化石墨为原料，吡咯溶液液相聚合，锟压后得到石墨烯/聚吡咯电极片，复合材料的性能受限于氧化石墨原料的制约。专利(申请号CN201810042999.4)公开了一种制备聚吡咯改性的SiC纳米线/石墨烯泡沫电磁波吸收材料的方法，该专利也是利用氧化石墨烯为原料，FeCl3引发吡咯聚合改性路线，材料的电磁屏蔽性能受限于氧化石墨烯原料的影响。专利(申请号201910816268.5)公开了一种石墨烯界面改性碳纤维/环氧树脂复合材料的方法，该方法是利用石墨烯浆料物理涂覆，无法保证均匀性和较强的界面结合力。专利(申请号201610043545.X)公开了一种垂直取向石墨烯片/高聚物热界面材料的制备方法，该方法也是采用氧化石墨烯为原料，含氧官能团无法完全去除，降低复合材料的界面质量。复合材料增强体的跨尺度设计及其界面增强机制研究的博士论文公开了一种界面改性的方法，材料依然选择了氧化石墨烯，并且涉及复杂的两步酰胺化接枝反应。专利(CN201911257312.X)公开了末端支链接枝聚倍半硅氧烷的超支化聚乙烯共聚物对石墨烯进行界面改性的方法，但是该工艺依赖超声分散，不适合用来改性三维石墨烯。尽管文献和专利中有一些石墨烯/聚合物的界面改性工艺，但是仅仅适用于氧化石墨烯原料，未见聚吡咯纳米线改性化学气相沉积石墨烯工艺的相关报道和专利技术。
技术实现思路
本专利技术解决的技术问题是：本专利技术克服了现有技术中的缺点，提供了一种三维石墨烯和PDMS复合材料的界面改性方法，它是利用在三维石墨烯表面直接生长聚吡咯纳米线，改善界面相微观纳米结构，提高三维石墨烯与PDMS基体相的相容性和结合力，有效提高复合材料的杨氏模量、电导率、热导率等性能，并且该聚吡咯纳米线改性方法适用于石墨膜、石墨烯膜、石墨烯纤维、碳纤维、碳纤维布、碳纸等的界面改性，操作简单、易放大、质量均匀、成本低。本专利技术的技术方案是：1、一种聚吡咯纳米线界面改性三维石墨烯/PDMS复合光热材料的制备方法，包括以下步骤：步骤1：备泡沫镍负载三维石墨烯，包括以下子步骤：步骤1.1：清理泡沫镍，采用无水乙醇超声去除表面有机物，去离子水超声、洗涤，氮气、氩气或者空气吹干待用；步骤1.2：使用Ar/H2作为载气，其载气流速为100/100sccm，在900～1000℃温度下还原去除步骤1.1中的泡沫镍表面金属氧化物；步骤1.3：降低步骤1.2中的载气流速和温度，Ar/H2载气流速为190～180/10～20sccm，生长温度为850～900℃，利用阀门将Ar/H2载气通入装有无水乙醇密闭容器的上方，将乙醇气体带入石墨烯生长的管式炉，石墨烯生长时间为20～40min。步骤1.4：将管式炉降到室温，降温过程保持Ar/H2载气流速为190～180/10～20sccm，得到泡沫镍负载三维石墨烯；步骤2：制备聚吡咯纳米线：将步骤1.4中的泡沫镍负载三维石墨烯作为基底浸入电解液中，利用恒电位法沉积聚吡咯纳米线；步骤3：自支撑聚吡咯纳米线修饰三维石墨烯材料的制备：将步骤2中泡沫镍负载的石墨烯和吡咯材料作为基底，浸泡到2-5mol/L盐酸溶液中，加入10-40mg/mL三氯化铁；浸泡时间24小时，将镍完全刻蚀后，取出材料用去离子水洗涤至pH为中性，此时得到自支撑聚吡咯纳米线修饰三维石墨烯材料，40-100度烘干待用；步骤4：将步骤3中的自支撑聚吡咯纳米线修饰三维石墨烯材料置于模具中，将PDMS(聚二甲基硅氧烷)和固化剂按照10：1的质量比混合，真空抽滤消泡，50-80度固化12-24小时，得到聚吡咯纳米线界面改性三维石墨烯/PDMS复合材料。本专利技术进一步的技术方案是：所述步骤2中的电解液包含有20-40mg/mL高氯酸钠、20-40mg/mL碳酸钠，10-40mg/mL吡咯单体。本专利技术进一步的技术方案是：电解液采用三电极体系，银/氯化银为参比电极，铂片为对电极，利用1～1.5V恒电位法沉积聚吡咯纳米线，制备完成后，去离子水冲洗，待用。专利技术效果本专利技术的技术效果在于：本专利技术克服了现有技术中的缺点，提供了一本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种聚吡咯纳米线界面改性三维石墨烯/PDMS复合光热材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：/n步骤1：备泡沫镍负载三维石墨烯，包括以下子步骤：/n步骤1.1：清理泡沫镍，采用无水乙醇超声去除表面有机物，去离子水超声、洗涤，氮气、氩气或者空气吹干待用；/n步骤1.2：使用Ar/H

【技术特征摘要】
1.一种聚吡咯纳米线界面改性三维石墨烯/PDMS复合光热材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：备泡沫镍负载三维石墨烯，包括以下子步骤：
步骤1.1：清理泡沫镍，采用无水乙醇超声去除表面有机物，去离子水超声、洗涤，氮气、氩气或者空气吹干待用；
步骤1.2：使用Ar/H2作为载气，其载气流速为100/100sccm，在900～1000℃温度下还原去除步骤1.1中的泡沫镍表面金属氧化物；
步骤1.3：降低步骤1.2中的载气流速和温度，Ar/H2载气流速为190～180/10～20sccm，生长温度为850～900℃，利用阀门将Ar/H2载气通入装有无水乙醇密闭容器的上方，将乙醇气体带入石墨烯生长的管式炉，石墨烯生长时间为20～40min。
步骤1.4：将管式炉降到室温，降温过程保持Ar/H2载气流速为190～180/10～20sccm，得到泡沫镍负载三维石墨烯；
步骤2：制备聚吡咯纳米线：将步骤1.4中的泡沫镍负载三维石墨烯作为基底浸入电解液中，利用恒电位法沉积聚吡咯纳米线；
步骤3：自支撑聚吡咯纳米线修饰三维石墨烯材料的制备：将...

【专利技术属性】
技术研发人员：张宝玺，邱云峰，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61