金属有机框架原位改性石墨烯/聚合物复合材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种金属有机框架原位改性石墨烯/聚合物复合材料及其制备方法和应用，该复合材料包括聚合物和分散在聚合物中的金属有机框架原位改性石墨烯纳米填料，所述金属有机框架原位改性石墨烯纳米填料通过将金属有机框架原位生长在石墨烯纳米片层结构上得到。本发明专利技术制得的金属有机框架原位改性石墨烯/聚合物复合材料结合了导电填料和聚合物基体两者的优点，在低填充量下能获得较大介电常数，同时具有良好的储能密度。同时具有良好的储能密度。同时具有良好的储能密度。

【技术实现步骤摘要】
金属有机框架原位改性石墨烯/聚合物复合材料及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及高分子复合材料
，具体涉及一种金属有机框架原位改性石墨烯/聚合物复合材料及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]随着电子工业的发展，高介电常数、低介电损耗的聚合物基电介质材料在电容器和能量存储领域中显示出优越的应用前景。聚合物薄膜电容器因其质轻、耐击穿等优势，逐渐取代铝电解电容器等，成为最广泛应用于电子电气器件中的电荷缓冲元件。为了进一步提高薄膜电容器的介电常数，通常会往聚合物基质中复合高介电常数填料以寻求更高的储能密度。陶瓷颗粒/聚合物复合材料结合了聚合物基体的高击穿电场和陶瓷填料的高介电常数的优势，使其在储能电容器的应用中发挥重要的作用，但这类复合材料在同样颗粒填充量时，其介电常数提升相对比较缓慢，导致实现高介电常数需要高含量的陶瓷颗粒填充，严重影响复合材料的柔韧性和加工性；利用导电颗粒/聚合物复合材料的逾渗效应，可以实现复合材料在较低填充量时获得较大的介电常数，然而，导电填料与聚合物基体间较大的介电性能差异将带来局域电场畸变；此外，无机导电填料与有机聚合物基之间较大的物理化学特性差异也造成复合材料界面相容性较差。因此，寻求一种高介电常数、低介电损耗的聚合物基电介质材料是很有必要的。

技术实现思路

[0003]为了解决上述技术问题，本专利技术的目的是提供一种金属有机框架原位改性石墨烯/聚合物复合材料及其制备方法和应用，以解决现有导电填料与聚合物基体间界面相容性较差的问题。
[0004]本专利技术解决上述技术问题的技术方案如下：提供一种金属有机框架原位改性石墨烯/聚合物复合材料，该复合材料包括聚合物和分散在聚合物中的金属有机框架原位改性石墨烯纳米填料，所述金属有机框架原位改性石墨烯纳米填料通过将金属有机框架原位生长在石墨烯纳米片层结构上得到。
[0005]在上述技术方案的基础上，本专利技术还可以做如下改进：
[0006]进一步，金属有机框架原位改性石墨烯纳米填料通过以下制备方法制得：
[0007](1)将氧化石墨烯分散于有机溶剂和去离子水的混合溶液中，制得中间溶液；
[0008](2)将氯化锆、2
‑
氨基对苯二甲酸和乙酸分散于中间溶液中，然后进行加热反应，最后经离心、洗涤和干燥，制得金属有机框架原位改性石墨烯纳米填料。
[0009]进一步，氧化石墨烯在有机溶剂和去离子水的混合溶液中的浓度为3
‑
5g/L，有机溶剂和去离子水的体积比为1：(0.6
‑
1)。
[0010]进一步，步骤(1)中有机溶剂为N，N
‑
二甲基甲酰胺。
[0011]进一步，步骤(2)中氯化锆、2
‑
氨基对苯二甲酸和乙酸的摩尔比为2：1.5
‑
2.5：200
‑
300l，氯化锆与氧化石墨烯的摩尔质量比为2：100
‑
400mmol/mg。
[0012]进一步，步骤(2)中加热反应为于110
‑
130℃搅拌反应15
‑
25min；洗涤为用N，N
‑
二甲基甲酰胺和去离子水洗涤；干燥为于75
‑
85℃干燥10
‑
13h。
[0013]进一步，聚合物为聚芳醚腈、聚砜或聚芳醚酮。
[0014]本专利技术还提供一种金属有机框架原位改性石墨烯/聚合物复合材料的制备方法，包括以下步骤：
[0015](1)将聚合物溶于有机溶剂中，并加热搅拌，再加入金属有机框架原位改性石墨烯纳米填料，继续加热搅拌，制得铸膜液；其中，加热温度为60
‑
80℃；
[0016](2)将铸膜液干燥，制得金属有机框架原位改性石墨烯/聚合物复合材料。
[0017]进一步，步骤(1)中有机溶剂为N，N
‑
二甲基甲酰胺、N，N
‑
二甲基乙酰胺或N
‑
甲基吡咯烷酮。
[0018]进一步，步骤(1)中聚合物在有机溶剂中的浓度为80
‑
85g/L。
[0019]进一步，步骤(1)中聚合物与金属有机框架原位改性石墨烯纳米填料的质量比为100：0.5
‑
6。
[0020]进一步，步骤(2)中干燥为于80
‑
200℃干燥6
‑
24h。
[0021]本专利技术还提供金属有机框架原位改性石墨烯/聚合物复合材料在薄膜电容器制备中的应用。
[0022]本专利技术具有以下有益效果：金属有机框架是一种金属位点和有机配体相互配合形成的新型材料，本专利技术通过在将金属有机框架材料原位生长在石墨烯纳米片层结构上，得到纳米填料，再将纳米填料分散在聚合物膜中得到金属有机框架原位改性石墨烯/聚合物复合材料，利用金属有机框架材料实现石墨烯的表面粗糙化，增加了石墨烯与聚合物基体的相容性，并有效抑制了聚合物基体中石墨烯片层搭错而形成导电网络，缓解了石墨烯与聚合物基体的介电性能差异，进一步改善了石墨烯与聚合物基体的相容性，从而改善了储能密度，制得的金属有机框架原位改性石墨烯/聚合物复合材料，结合了导电填料和聚合物基体两者的优点，在低填充量下能获得较大介电常数，同时具有良好的储能密度，可应用于聚合物薄膜电容器的制备中。
附图说明
[0023]图1为实施例1制备的金属有机框架原位改性石墨烯纳米填料的透射电镜照片；
[0024]图2为对比例1和实施例1制得的金属有机框架原位改性石墨烯/聚合物复合材料的变频介电常数和介电损耗图；
[0025]图3为对比例2和实施例1
‑
3制得的金属有机框架原位改性石墨烯/聚合物复合材料的变频介电常数和介电损耗图；
[0026]图4为对比例2和实施例1
‑
3制得的金属有机框架原位改性石墨烯/聚合物复合材料的储能密度图。
具体实施方式
[0027]以下结合附图对本专利技术的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本专利技术，并非用于限定本专利技术的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条
件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
[0028]实施例1：
[0029]一种金属有机框架原位改性石墨烯/聚合物复合材料的制备方法，包括以下步骤：
[0030](1)在三颈瓶中，将片径为2μm的氧化石墨烯分散在N，N
‑
二甲基甲酰胺和去离子水的混合溶液中，然后加入氯化锆、2
‑
氨基对苯二甲酸和乙酸，超声分散后，将三颈瓶转移至油浴锅中，于120℃下搅拌20min进行加热反应，然后经过离心后，再分别用N，N
‑
二甲基甲酰胺和去离子水各洗涤三次，抽滤后，在鼓风烘箱中于80℃干燥12h，制得金属有机框架原位改性石墨烯纳米填料；其中，氧化石墨烯在N，N...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种金属有机框架原位改性石墨烯/聚合物复合材料，其特征在于，该复合材料包括聚合物和分散在聚合物中的金属有机框架原位改性石墨烯纳米填料，所述金属有机框架原位改性石墨烯纳米填料通过将金属有机框架原位生长在石墨烯纳米片层结构上得到。2.根据权利要求1所述的金属有机框架原位改性石墨烯/聚合物复合材料，其特征在于，金属有机框架原位改性石墨烯纳米填料通过以下制备方法制得：(1)将氧化石墨烯分散于有机溶剂和去离子水的混合溶液中，制得中间溶液；(2)将氯化锆、2
‑
氨基对苯二甲酸和乙酸分散于中间溶液中，然后进行加热反应，最后经离心、洗涤和干燥，制得金属有机框架原位改性石墨烯纳米填料。3.根据权利要求2所述的金属有机框架原位改性石墨烯/聚合物复合材料，其特征在于，步骤(1)中有机溶剂为N，N
‑
二甲基甲酰胺。4.根据权利要求2所述的金属有机框架原位改性石墨烯/聚合物复合材料，其特征在于，步骤(2)中氯化锆、2
‑
氨基对苯二甲酸和乙酸的摩尔比为2：1.5
‑
2.5：200
‑
300，氯化锆与氧化石墨烯的摩尔质量比为2：100
‑
400mmol/mg。5.根据权利要求2所述的金属有机框架原位改性石墨烯/聚合物复合材料，其特征在于，步骤(2)中加热反应为于110
‑
130℃搅拌反应15
‑...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘书宁，刘宸辰，白忠祥，林果，刘孝波，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：