一种多功能石墨烯自组装膜及其制备方法技术

本发明专利技术一种多功能石墨烯自组装膜及其制备方法，组分为：片状填料纳米片0.1

【技术实现步骤摘要】
一种多功能石墨烯自组装膜及其制备方法


[0001]本专利技术涉及一种纳米材料，尤其涉及一种多功能石墨烯自组装膜及其制备方法，属于纳米复合材料


技术介绍

[0002]纳米材料是本世纪的研究热点。纳米材料因其独特的物理化学性质而引起研究者的广泛关注。其中，石墨烯作为近些年研究发现的新型二维碳纳米材料，具有优异的光学、电学、力学特性以及大的比表面积、良好的界面效应等独特性能，在材料学、催化、微纳加工、能源、生物医学和药物传递等方面具有重要的应用前景，被认为是一种潜力巨大的材料。如在防腐领域，石墨烯因其具有超高片径比的片层结构展示出优异的屏蔽效果，在众多研究中展现出显著的耐防腐性能。但对于涂层防护而言，单纯的屏蔽防护所体现的性能较为有限，石墨烯二维纳米片层材料所体现的屏蔽性能也较为单一，在实际应用中往往需要实用配套的专用防腐涂层、阻隔涂层、耐候涂层等多层体系，或在材料中加入其它腐蚀抑制颜填料来提高体系的防腐性能。这样一方面会造成涂层体系的复杂性增加，或存在多种材料兼容性问题，不利于实际的推广应用。另一方面，氧化石墨烯片层结构上由于羟基、羧基等亲水性基团的引入，亲水性通常都比较高，在后期的实际应用中未改性的氧化石墨烯材料的高亲水性可能会促进水分等电解质的渗入，引起腐蚀加速，不利于涂层体系防腐性能的发挥，因此石墨烯的材料仍需不断地改进和进步。
[0003]目前，在不同类型的石墨烯材料中，自组装石墨烯材料由于制备过程几乎是自发的，不需要或较少需要外界干预，因此受到了广泛的关注。近年来，自组装石墨烯材料在光热转化、防腐、电池、传感器、水处理、医用材料、电磁波吸收、选择性气体渗透、柔性电子、热控制工程等领域展现出了广泛的应用前景。已报道的制备自组装石墨烯薄膜的策略主要包括：添加电荷成分后通过静电相互作用自组装、热力学驱动的剥离和自组装、等离子体触发的自组装过程、一步水热热还原以及自组装和牺牲模板过程等。以上制备的石墨烯自组装产物多为多孔结构或超薄薄膜，难以制备层状有序结构的偏厚型膜层。进一步，也有研究人员采用逐层(LbL)或辅助逐层(SLbL)技术的工艺，并结合后续化学和热还原处理工艺，制备了具有高覆盖性，并非常有序的层状结构膜层。但是，总体而言，逐层组装的过程仍然是较为复杂，需要更长的时间、程序和工艺进行操作，环保性不高。同时，常规制备的自组装石墨烯膜材料性能单一，较难将防腐、光热转换、耐化学品、耐温等多功能属性综合，实际应用范围较窄。
[0004]鉴于此，如何克服现有技术缺陷，获得一种环保、经济、高效、可快速自发组装成膜，且具有多功能特性的石墨烯或氧化石墨烯纳米膜材料的制备方法是本领域亟待解决的问题。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种多功能石墨烯自组装膜及其制备方法，使石墨烯二维
片层纳米材料具有稳定的高效屏蔽效应的同时，材料自身也具有很好的对金属表面钝化防腐作用；材料的亲水性降低，减小了对电解质的渗入诱导，确保材料在腐蚀介质如水、氧气、氯离子等存在的体系中获得长效防腐性能，同时在金属基材表面无需特殊处理，无需添加树脂等成膜物，水溶后即可自组装均匀成膜，膜层具有良好的防腐、耐溶剂、耐高温，提高光热转化效率等性能，可应用于防腐、光电、光热、热管理、催化、电化学储能等领域。
[0006]本专利技术提出的一种多功能石墨烯自组装膜，所述自组装膜包括：(a)至少一种片状填料纳米片，(b)至少一种有机多膦酸根结构衍生物，(c)至少一种活化试剂，(d)至少一种分散介质，(e)非必须第二分散介质；以总量计，各组分重量百分比为：片状填料纳米片0.1
‑
10wt％，有机多膦酸根结构衍生物2
‑
20wt％，活化试剂0.5
‑
10wt％，第一分散介质5
‑
40wt％，第二分散介质28
‑
64wt％，其总重量满足100％；将上述(a)
‑
(e)原料组合制备多功能石墨烯自组装膜；
[0007]通过活化试剂与有机多膦酸根结构衍生物分子反应，将磷氧基结构聚合到活化试剂分子链段上，将得到的产物化学接枝在氧化石墨烯纳米片表面，得到腐蚀抑制型石墨烯材料；再通过金属离子与腐蚀抑制型石墨烯材料螯合交联反应，将腐蚀抑制型石墨烯材自动、快速组装在金属基材表面，从而获得多功能石墨烯自组装膜。
[0008]本专利技术提出的一种多功能石墨烯自组装膜的制备方法，具体步骤如下：
[0009](1)在三口烧瓶中，加入准确称量的5
‑
40wt％第一分散介质、2～20wt％分子量50
‑
5000的有机多膦酸根结构衍生物，在0
‑
100℃温度下搅拌分散，形成均匀混合溶液；
[0010](2)将0.5～10wt％分子量50
‑
1000的活化试剂加入到5～40wt％第一分散介质中，搅拌均匀；
[0011](3)将步骤(1)得到的均匀混合溶液加入到步骤(2)得到的产物中，在5
‑
100℃温度下反应1
‑
100小时，得到预反应液；
[0012](4)在一烧杯中，将0.1～10wt％石墨烯粉末加入到28～64wt％的第二分散介质中，在0
‑
100℃温度下混合分散0.1
‑
24小时，形成氧化石墨烯混合液；
[0013](5)将步骤(4)得到的分散好的氧化石墨烯混合液加入到步骤(3)得到预反应液中，在50～100℃温度下反应1～100小时，反应后，氧化石墨烯混合液颜色由棕黄色变化为蓝黑色，反应产物分离、水清洗后，再加入去离子水配制成浓度为0.1～10wt％的均匀水分散液，得到腐蚀抑制型石墨烯纳米水分散液；
[0014](6)将金属基材表面打磨光滑后，放置于步骤(5)得到的腐蚀抑制型石墨烯纳米水分散液中，浸渍10秒～100小时，取出5
‑
100℃干燥，即得多功能石墨烯自组装膜；通过控制浸渍时间和腐蚀抑制型石墨烯纳米水分散液浓度为0.1
‑
10％，所得多功能石墨烯自组装膜的厚度可以控制在10nm
‑
100μm，膜层可从金属基材上完整剥离。
[0015]本专利技术中，步骤(1)中所述分子量50
‑
1000的有机多磷酸根结构衍生物的非限定实例为羟基乙叉二膦酸、氨基三亚甲基膦酸、乙二胺四亚甲基膦酸、1,4
‑
丁二膦酸、1,2
‑
乙烯基二膦酸、1,3
‑
亚丙基二膦酸、环己六醇六磷酸、亚甲基二膦酸、间二甲苯二膦酸、邻二甲苯二膦酸、1,8
‑
辛二膦酸、己二胺四甲叉膦酸、1,4
‑
苯二膦酸、联苯
‑
4,4
‑
二膦酸或相应衍生物的任意一种及以上。
[0016]本专利技术中，步骤(2)中所述活化试剂为分子量50
‑
1000、表面带有羟基、氨基、环氧基的具有反应活性的硅本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多功能石墨烯自组装膜，其特征在于所述自组装膜包括：（a）至少一种片状填料纳米片，（b）至少一种有机多膦酸根结构衍生物，（c）至少一种活化试剂，（d）至少一种分散介质，（e）非必须第二分散介质；以总量计，各组分重量百分比为：片状填料纳米片0.1
‑
10wt%，有机多膦酸根结构衍生物2
‑
20wt%，活化试剂0.5
‑
10 wt %，第一分散介质5
‑
40 wt %，第二分散介质28
‑
64 wt %，其总重量满足100%；将上述（a）
‑
（e）原料组合制备多功能石墨烯自组装膜；通过活化试剂与有机多膦酸根结构衍生物分子反应，将磷氧基结构聚合到活化试剂分子链段上，将得到的产物化学接枝在氧化石墨烯纳米片表面，得到腐蚀抑制型石墨烯材料；再通过金属离子与腐蚀抑制型石墨烯材料螯合交联反应，将腐蚀抑制型石墨烯材自动、快速组装在金属基材表面，从而获得多功能石墨烯自组装膜。2.一种如权利要求1所述的一种多功能石墨烯自组装膜的制备方法，其特征在于具体步骤如下：（1）在三口烧瓶中，加入准确称量的5
‑
40 wt%第一分散介质、2~20 wt%分子量50
‑
5000的有机多膦酸根结构衍生物，在0
‑
100℃温度下搅拌分散，形成均匀混合溶液；（2）将0.5~10 wt% 分子量50
‑
1000的活化试剂加入到5~40 wt%第一分散介质中，搅拌均匀；（3）将步骤（1）得到的均匀混合溶液加入到步骤（2）得到的产物中，在5
‑
100 ℃温度下反应1
‑
100小时，得到预反应液；（4）在一烧杯中，将0.1~10 wt%石墨烯粉末加入到28~64 wt%的第二分散介质中，在0
‑
100℃温度下混合分散0.1
‑
24小时，形成氧化石墨烯混合液；（5）将步骤（4）得到的分散好的氧化石墨烯混合液加入到步骤（3）得到预反应液中，在50~100℃温度下反应1~100小时，反应后，氧化石墨烯混合液颜色由棕黄色变化为蓝黑色，反应产物分离、水清洗后，再加入去离子水配制成浓度为0.1~10 wt%的均匀水分散液，得到腐蚀抑制型石墨烯纳米水分散液；（6）将金属基材表面打磨光滑后，放置于步骤（5）得到的腐蚀抑制型石墨烯纳米水分散液中，浸渍10秒~100小时，取出5
‑
100℃干燥，即得多功能石墨烯自组装膜；通过控制浸渍时间和...

【专利技术属性】
技术研发人员：游波，刘强，任卫东，杨迪聪，
申请(专利权)人：复旦大学，
类型：发明
国别省市：