一种接近泊松比下限的高导电宏观石墨烯组装膜制备方法技术

本发明专利技术公开了一种接近泊松比下限的高导电宏观石墨烯组装膜制备方法，具体步骤如下：采用高能破碎工艺，得到不同鳞片的前驱体氧化石墨烯浆料；将氧化石墨烯浆料通过组装得到氧化石墨烯组装膜；采用高温石墨化热处理方法，最终得到高导电宏观石墨烯组装膜。本发明专利技术中，与现有技术相比，该方法极大地扩展了石墨烯组装膜的泊松比范围(

【技术实现步骤摘要】
一种接近泊松比下限的高导电宏观石墨烯组装膜制备方法


[0001]本专利技术涉及新型材料制备
，尤其涉及一种接近泊松比下限的高导电宏观石墨烯组装膜制备方法。

技术介绍

[0002]由热力学定律可知，各向同性且线性弹性的均质材料泊松比v值的范围为
‑
1 ＜v≤0.5。在受到拉力作用时，大多数材料会发生轴向拉伸而横向收缩的现象，表现出正泊松比特性。而负泊松比材料则恰好相反，在受到单轴拉应力时，其横向也会随着轴向拉伸而扩展。这种负泊松比材料通常具有更优异的力学性能，如剪切刚度、韧性和抗压痕性等，有望应用于飞机、汽车和防弹衣等方面，在组织支架、智能传感器、防护设备和国防工程等领域展现出广阔的应用前景。
[0003]近年来，具有负泊松比特性的石墨烯相关研究逐渐受到关注。Grima等人采用分子动力学模拟仿真发现，石墨烯中碳
‑
碳键的空位缺陷可能导致单层石墨烯发生松弛和起皱，在一定程度上促进了其负泊松比的形成。更大的空位缺陷浓度拓宽了施加同样应变条件下负泊松比的范围。如果以周期性排列引入缺陷，则单层石墨烯表现出明显的负泊松比行为，从而产生波浪状的石墨烯。其他模拟仿真结果显示，波纹状石墨烯、石墨烯基碳泡沫、石墨烯基类金刚石相和无序石墨烯层等，都可能导致石墨烯材料在纳米维度具有负泊松比特性。Wan等人通过理论研究发现，通过增加氧化石墨烯中的氧化程度可以有效地调节单层氧化石墨烯的泊松比，泊松比值最小可以达到
‑
0.57。
[0004]然而，上述工作均为模拟仿真和理论研究，或者局限于纳米级单层石墨烯。
[0005]由于目前制备精度和加工技术的限制，单层石墨烯材料仍然难以在实践中实现大规模应用。与单层石墨烯和单层氧化石墨烯膜相比，目前针对宏观石墨烯组装膜中的负泊松比行为的机理研究甚少，有待进一步探索。
[0006]鉴于上述实际问题，以往的研究很少有提出解决方案。2019年，清华大学教授徐志平教授和李春教授团队通过真空辅助过滤法制备得到具有负泊松比特性的石墨烯组装膜，其泊松比在
‑
0.25～
‑
0.55的范围内可调，但是电导率仅限于 103～104Sm
‑1。化学还原工艺导致石墨烯的含氧基团去除不彻底，含量仍然较多，进而导致石墨烯组装膜的电导率大幅度降低。这严重阻碍了其进一步应用。
[0007]综上所述，对于石墨烯的负泊松比特性的研究，绝大多数停留在理论仿真方面，而目前报道的宏观石墨烯组装膜可实现的泊松比调控范围较窄(
‑
0.25～
ꢀ‑
0.55)，目前暂无有关负泊松比接近下限
‑
1的石墨烯组装膜被成功制备的报道。因此，研制具有高电导率且负泊松比在宽范围内可调的石墨烯组装膜是下一阶段的重要目标。基于上述理由，提出本申请。

技术实现思路

[0008]本专利技术的目的在于：为了解决上述问题，而提出的一种接近泊松比下限的高导电
宏观石墨烯组装膜制备方法。
[0009]为了实现上述目的，本专利技术采用了如下技术方案：
[0010]一种接近泊松比下限的高导电宏观石墨烯组装膜制备方法，所述高导电宏观石墨烯组装膜由绝缘的宏观氧化石墨烯组装膜经过高温还原制备而成，所述绝缘的宏观氧化石墨烯组装膜由前驱体氧化石墨烯经过组装而成，所述绝缘的宏观氧化石墨烯组装膜的制备方法包括如下步骤：
[0011]S1、采用高能破碎工艺，得到不同鳞片尺寸的前驱体氧化石墨烯浆料；
[0012]S2、将前驱体氧化石墨烯浆料组装成膜并干燥，得到具有负泊松比特性的绝缘的宏观氧化石墨烯组装膜；
[0013]所述高导电宏观石墨烯组装膜的制备方法包括：
[0014]采用高温石墨化热处理方法，将绝缘的宏观氧化石墨烯组装膜还原，得到高导电宏观石墨烯组装膜。
[0015]优选地，所述高能破碎工艺是超声波破碎工艺和高压均质工艺中的一种或多种组合。
[0016]优选地，所述前驱体氧化石墨烯的鳞片尺寸范围为0.1～200μm。
[0017]优选地，所述前驱体氧化石墨烯浆料组装成膜的方法是流延法、涂覆法、模板法、真空抽滤法、旋转离心涂覆法中的一种或多种组合。
[0018]优选地，所述干燥的温度为25℃～200℃。
[0019]优选地，所述具有负泊松比特性的绝缘的宏观氧化石墨烯组装膜的泊松比范围为
‑
0.24～
‑
0.64。
[0020]优选地，所述高温石墨化热处理方法的温度为25℃～3000℃，并且升温速率为1～100℃/min，高温石墨化热处理方法的环境为真空、惰性气体中的一种或多种组合。
[0021]优选地，所述高导电宏观石墨烯组装膜的泊松比范围为
‑
0.25～
‑
1。
[0022]综上所述，由于采用了上述技术方案，本专利技术的有益效果是：
[0023]与现有技术相比，该方法极大地扩展了石墨烯组装膜的泊松比范围(
‑
0.25～
‑
1)，可非常接近下限
‑
1；且电导率可达105Sm
‑1，实现负泊松比宏观石墨烯组装膜的电导率最高值。此外，该方法也能制备绝缘的氧化石墨烯组装膜，其泊松比范围为
‑
0.24～
‑
0.64。该方法在组织支架、智能传感器、防护设备和国防工程等方面具有广阔的应用前景。
附图说明
[0024]图1示出了实施例1的应变
‑
应力曲线图；
[0025]图2示出了实施例1的ε1‑
ε
t
曲线图；
[0026]图3示出了实施例2的应变
‑
应力曲线图；
[0027]图4示出了实施例2的ε1‑
ε
t
曲线图；
[0028]图5示出了实施例3的应变
‑
应力曲线图；
[0029]图6示出了实施例3的ε1‑
ε
t
曲线图；
[0030]图7示出了实施例4的应变
‑
应力曲线图；
[0031]图8示出了实施例4的ε1‑
ε
t
曲线图；
[0032]图9示出了实施例5的应变
‑
应力曲线图；
[0033]图10示出了实施例5的ε1‑
ε
t
曲线图。
具体实施方式
[0034]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，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0035]实施例1
[0036]一种接近泊松比下限的高导电宏观石墨烯组装膜，采用下述方法制得，步本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种接近泊松比下限的高导电宏观石墨烯组装膜制备方法，所述高导电宏观石墨烯组装膜由绝缘的宏观氧化石墨烯组装膜经过高温还原制备而成，所述绝缘的宏观氧化石墨烯组装膜由前驱体氧化石墨烯经过组装而成，其特征在于，所述绝缘的宏观氧化石墨烯组装膜的制备方法包括如下步骤：S1、采用高能破碎工艺，得到不同鳞片尺寸的前驱体氧化石墨烯浆料；S2、将前驱体氧化石墨烯浆料组装成膜并干燥，得到具有负泊松比特性的绝缘的宏观氧化石墨烯组装膜；所述高导电宏观石墨烯组装膜的制备方法包括：采用高温石墨化热处理方法，将绝缘的宏观氧化石墨烯组装膜还原，得到高导电宏观石墨烯组装膜。2.根据权利要求1所述的一种接近泊松比下限的高导电宏观石墨烯组装膜制备方法，其特征在于，所述高能破碎工艺是超声波破碎工艺和高压均质工艺中的一种或多种组合。3.根据权利要求1所述的一种接近泊松比下限的高导电宏观石墨烯组装膜制备方法，其特征在于，所述前驱体氧化石墨烯的鳞片尺寸范围为0.1～200μm。4.根据权利要求1所述的一种接近泊松比下限的高导电宏观石墨烯组装膜制备方法，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡涛，方仁强，
申请(专利权)人：武汉汉烯科技有限公司，
类型：发明
国别省市：