硼砂增强氧化石墨烯振膜及其制备方法技术

本发明专利技术提供硼砂增强氧化石墨烯振膜的制备方法，包括：制备氧化石墨烯分散液；制备硼砂水溶液；将硼砂水溶液与氧化石墨烯分散液混合搅拌，得到硼砂改性氧化石墨烯分散液；利用硼砂改性氧化石墨烯分散液制备硼砂增强氧化石墨烯振膜。本发明专利技术还提供硼砂增强氧化石墨烯振膜。本发明专利技术采用硼砂对氧化石墨烯进行改性，增强氧化石墨烯膜的力学性能，提高拉伸强度和杨氏模量。氏模量。氏模量。

【技术实现步骤摘要】
硼砂增强氧化石墨烯振膜及其制备方法


[0001]本专利技术涉及振膜
，具体涉及硼砂增强氧化石墨烯振膜及其制备方法。

技术介绍

[0002]振膜，作为耳机组成的核心部件，其品质的优劣会直接影响到声音的质感，从而对耳机的性能以及质量起到决定性的作用。理想的振膜材料应当具备以下几个优点：首先同样体积大小的情况下，重量越轻越好；其次，膜的抗拉强度以及杨氏模量要求越高越好；声学上要求内部阻尼适中，避免声音失真。
[0003]目前，市面的常见的振膜种类很多，通常可以将其按照原料的不同分为以下几种：纸系振膜、高分子系振膜、金属系振膜以及复合类振膜。其中应用最广泛的是金属振膜，金属振膜具备刚性高、易加工、延展性优异等特点，按原料又可以细分为铝合金、钛合金及铍合金。其中，铍膜的综合性能是所有材料中最为优异的一种，但受限于铍的剧毒性、难加工性以及价格高昂等特点，导致其难以大规模应用。铝膜由于其技术成熟、材料稳定、易加工等特点，目前是市场上微型扬声器的主流振膜材料，金属系振膜密度过高，导致其在音乐瞬态响应方面效果不佳。
[0004]纸系振膜虽然密度低，但是其刚性差，杨氏模量低，导致其使用寿命低，易破损。
[0005]石墨烯作为一种新兴材料，其具有超轻超薄且强度极高的显著优点，这些优点都使得石墨烯材料可以成为一种性能优越的振膜原料。同样地，作为氧化还原发制备石墨烯的前驱体—氧化石墨烯，也是一种应用广泛的材料，常规的氧化石墨烯膜柔软，刚性差，拉伸强度低，杨氏模量只有3
‑
5GPa，远远不能用于振膜领域。
[0006]现有技术中，氧化石墨烯的化学改性技术主要有以下几种：聚合物复合改性、氨基化改性、共价键改性等。改性机理是利用氧化石墨烯表面丰富的含氧功能团，包括环氧基、羧基和羟基，加入可以与之发生化学反应的物质，依靠氢键、肽键、配位键等化学力，与氧化石墨烯结合。改性的步骤一般是先将氧化石墨烯分散在水溶液或有机溶液中形成均匀的分散液，再加入其他试剂，在一定的条件下进行改性反应，通常改性时间长并且要用到有机溶液，产生大量危废，并且对于氧化石墨烯膜的拉伸强度提升效果不佳。

技术实现思路

[0007]针对现有技术存在问题中的一个或多个，本专利技术提供一种硼砂增强氧化石墨烯振膜的制备方法，包括：
[0008]制备氧化石墨烯分散液；
[0009]制备硼砂水溶液；
[0010]将硼砂水溶液与氧化石墨烯分散液混合搅拌，得到硼砂改性氧化石墨烯分散液；
[0011]利用硼砂改性氧化石墨烯分散液制备硼砂增强氧化石墨烯振膜。
[0012]根据本专利技术的一个方面，所述制备氧化石墨烯分散液的步骤包括：
[0013]将氧化石墨烯滤饼均匀分散在水中，得到氧化石墨烯分散液。
[0014]根据本专利技术的一个方面，所述制备氧化石墨烯分散液的步骤中，所述氧化石墨烯分散液中所述氧化石墨烯的重量占比为1.5％
‑
3％，氧化石墨烯重量占比在上述范围内，制备薄膜的效率及性能优良，重量占比小于1.5％，氧化石墨烯分散液太稀，导致旋涂制膜过程中干燥的时间更长且形成的GO薄膜厚度太低，重量占比高于3％，会导致氧化石墨烯分散液的粘度过高，在旋涂过程会堵塞喷嘴，影响制膜效率及性能。
[0015]优选地，所述氧化石墨烯分散液中所述氧化石墨烯的重量占比为2.2％，在该重量占比下，氧化石墨烯在水中的分散状态最佳，并且粘度适中，适合旋涂制膜工艺。
[0016]根据本专利技术的一个方面，所述制备硼砂水溶液的步骤包括：
[0017]将不同重量的硼砂粉体溶解于水中，得到硼砂水溶液；
[0018]优选地，所述水的温度为70℃，在该温度下，硼砂的溶解速率最快，不需要添加范围。
[0019]根据本专利技术的一个方面，所述制备硼砂水溶液的步骤中，所述硼砂的量为0.02mol
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0.04mol，在该范围内，硼砂可以起到增强氧化石墨烯的效果，低于0.02mol，则起不到交联增强效果，而高于0.04mol，则会由于过度交联起到负面效果，使得氧化石墨烯膜拉伸强度降低并且易破裂，无法应用于振膜领域。
[0020]优选地，所述硼砂的量为0.03mol，该最优值使得改性氧化石墨烯的拉伸强度最高，杨氏模量最高。
[0021]根据本专利技术的一个方面，所述硼砂改性氧化石墨烯分散液中，氧化石墨烯的浓度为15
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25g/L，硼砂的浓度为0.02
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0.04mo l/L，优选地，氧化石墨烯的浓度为20g/L，硼砂的浓度为0.03mo l/L。
[0022]根据本专利技术的一个方面，所述利用硼砂改性氧化石墨烯分散液制备硼砂增强氧化石墨烯振膜的步骤包括：
[0023]在基材上涂布所述硼砂改性氧化石墨烯分散液，制备硼砂改性氧化石墨烯膜；
[0024]裁切所述硼砂改性氧化石墨烯膜得到多块氧化石墨烯振膜。
[0025]根据本专利技术的一个方面，所述在基材上涂布所述硼砂改性氧化石墨烯分散液的步骤中，所述基材为PET。
[0026]根据本专利技术的一个方面，所述在基材上涂布所述硼砂改性氧化石墨烯分散液的步骤中，所述涂布方式为离心旋涂，制备氧化石墨烯膜的方式通常有刮涂、抽滤、旋涂等涂布方式，其中，刮涂膜表面平整性最差，存在较多的杂质和颗粒以及条纹，旋涂与刮涂相比较，旋涂制备的薄膜表面光滑而平整，缺陷少，并且氧化石墨烯膜层间致密性能也得到提升，这两点是有利于在振膜领域上的应用的(要求膜表面不能存在缺陷，层间空隙少)；抽滤制备的氧化石墨烯力学性能最优，但抽滤制膜的方式需要耗费大量的时间，并且无法批量化生产。
[0027]根据本专利技术的一个方面，所述在基材上涂布所述硼砂改性氧化石墨烯分散液的步骤中，使用均胶机将硼砂改性氧化石墨烯分散液离心旋涂在基材上。
[0028]根据本专利技术的另一个方面，提供一种硼砂增强氧化石墨烯振膜，利用上述制备方法制备。
[0029]根据本专利技术的另一个方面，所述硼砂增强氧化石墨烯振膜包括氧化石墨烯，氧化石墨烯片层之间通过氢键以及硼酸酯键进行交联。
[0030]根据本专利技术的另一个方面，所述硼砂增强氧化石墨烯振膜的厚度为50
±
5μm微米，宽度为15mm，长度为150mm。本专利技术在常规制备氧化石墨烯膜的实验基础上，利用氧化石墨烯表面丰富的含氧官能团，加入可与之反应的改性剂—硼砂。硼砂可以和氧化石墨烯片层表面含氧官能团(包括羟基、环氧基和羧基)发生化学反应，形成氢键以及硼酸酯键。从而可以将GO片层进行交联，提高GO片层间的结合力，依靠氢键和化学键左右的GO片层远比依靠范德华力结合的GO片层之间结合力更强，从而使GO膜截面排列更加致密整齐，在外力拉伸过程中，GO片层不容易发生滑移，硼砂交联后的GO膜抗拉强度更好最高达到了86MPa，并且杨氏模量与空白膜相比较也有明显的提升，最高可以达到22GPa。
[0031]本专利技术采用硼砂对氧化石墨烯进行改性，环境友好，不使用任何有机试剂；改本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种硼砂增强氧化石墨烯振膜的制备方法，其特征在于，包括：制备氧化石墨烯分散液；制备硼砂水溶液；将硼砂水溶液与氧化石墨烯分散液混合搅拌，得到硼砂改性氧化石墨烯分散液；利用硼砂改性氧化石墨烯分散液制备硼砂增强氧化石墨烯振膜。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述制备氧化石墨烯分散液的步骤包括：将氧化石墨烯滤饼均匀分散在水中，得到氧化石墨烯分散液。3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述制备氧化石墨烯分散液的步骤中，所述氧化石墨烯分散液中所述氧化石墨烯的重量占比为1.5％
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3％，优选地，所述氧化石墨烯分散液中所述氧化石墨烯的重量占比为2.2％。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述制备硼砂水溶液的步骤包括：将不同重量的硼砂粉体溶解于水中，得到硼砂水溶液；优选地，所述水的温度为70℃。5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述制备硼砂水溶液的步骤中，所述硼砂的量为0.02mol
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0.04mol，优选地，所述硼砂的量为0.03mol。6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述硼砂改性氧化石墨烯分散液中，氧化石墨烯的浓度为1...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙旭冉，刘中车，蔡显梅，纪磊，瞿研，
申请(专利权)人：南通第六元素材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：