一种表面改性石墨烯聚合物基压阻复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种表面改性石墨烯聚合物基压阻复合材料及其制备方法。该复合材料的聚合物基压阻复合材料以室温硫化硅橡胶为基体，经十八胺接枝改性的表面改性石墨烯为导电填料；所述十八胺接枝石墨烯反应中十八胺与氧化石墨烯质量比为1:1；所述的表面改性石墨烯/硅橡胶复合材料的石墨烯体积分数分别为0.96%，1.19%和1.43%。通过溶液共混法制备出的表面改性石墨烯/硅橡胶压阻复合材料具有石墨烯分散均匀、渗流阈值低、压阻敏感度高、压阻重复性好以及制备成本低等优点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于聚合物基压阻复合材料领域，具体涉及ー种以表面改性石墨烯为导电填料的压阻复合材料及其制备方法。
技术介绍
聚合物基压阻复合材料具有柔韧性好、压阻敏感度大，成 本低等优点从而克服传统的金属和硅半导体的脆性大，不易弯曲，成本高等缺点。随着电子器件向柔性化方向发展，具有柔性的传感器材料得到了广泛的关注，聚合物基全有机压阻复合材料是ー种理想的应カ应变传感器的替代材料。对于传统的聚合物基压阻复合材料而言，主要问题在于以炭黑为填料的压阻复合材料具有低敏感度，高填充量，重复性不佳的问题。而以碳纳米管为填料的压阻复合材料虽然具有较高的压阻敏感度以及较低的填充量，但是这种优异的压阻特性很难在循环测试中得到理想的重复。而对于影响压阻复合材料的结构因素主要为填料与基体之间的界面结合程度。当填料表面与聚合物基体可以产生较强的界面结合的时候，施加在聚合物基体的外界应カ可以及时的传递到填料上，从而引起导电填料的有效位移，进而引起体系内导电网络的重构。因此我们将石墨烯表面进行烷基化改性，从而期待其与硅橡胶之间形成结合更为紧密的结合，进而有利于复合材料压阻性能的发挥。近几年石墨烯作为ー个新型的ニ维纳米材料引起了物理，化学，生物领域多方面的研究兴趣。随着氧化石墨法制备石墨烯エ艺的成熟，以廉价石墨为原料的氧化石墨得以宏量制备。如果预先对氧化石墨烯表面进行烷基化改性使其可以分散在非极性溶剂ニ甲苯中，然后在采取溶液共混法将硅橡胶与其进行共混，就有望制备出具有低渗流阈值的廉价导电石墨烯/聚合物压阻复合材料。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供ー种操作简单的制备具备优异压阻重复性的表面改性石墨烯/硅橡胶压阻复合材料。本专利技术的技术方案是ー种表面改性石墨烯为导电填料的聚合物基压阻复合材料，该复合材料包括占总体积百分分数为O. 96-1. 43%的导电填料，其余为聚合物基体；其中，所用聚合物基体为端羟基的室温硫化硅橡胶； 所述导电填料十八胺接枝改性的表面改性石墨烯。本专利技术的另一目的提供上述表面改性石墨烯为导电填料的聚合物基压阻复合材料及其制备方法，包括以下步骤 I)石墨烯表面改性 I.I称取一定量的氧化石墨分散在水中，并用氨水将PH值调节至8，通过超声处理得到浓度为2. 5 mg/mL的氧化石墨烯分散液，备用； I.2将浓度为5. O mg/mL的十八胺的こ醇溶液与氧化石墨烯分散液按照体积比为1:2的混合，并在90で下加热回流反应20h，接着将水合肼加入混合液中，并继续在90で下加热反应4h，得到表面烷基化改性石墨烯，其中，所述水合肼加入量与氧化石墨比例为ImL Ig ; 2)复合材料制备将步骤I制备得到的表面烷基化改性石墨烯与ニ甲苯溶液按照lmg: Iml的比例混合,进行超声处理2小时,得到浓度为I mg/mL的石墨烯稳定分散液,再将2 g硅橡胶溶解在10 mL ニ甲苯溶剂制备成浓度为O. 2 g/mL硅橡胶分散液加入到所述石墨烯稳定分散液，混合后挥发溶剂，得到干燥的复合物； 3)室温固化成型将7份正硅酸こ酯加入步骤I得到的干燥后的复合物中搅拌均匀，然后将其放入模具并在室温下以15 MPa压カ固化12小时，成型后制备成直径为11.2 mm厚度为I. 15 mm圆片状表面烷基化改性石墨烯/硅橡胶复合材料样品。将所得到的圆片状表面烷基化改性石墨烯/硅橡胶复合材料样品，通过Keithley 6517B高阻计在测试电压为100V条件下对样品体压阻测试。压阻循环测试系统为实验室自制，其主要包括岛津拉伸机与Keithley 6517B的联用，并用LabVIEW程序将二者的数据同步输入电脑。本专利技术具有以下优异效果 I)表面改性石墨烯エ艺为ー锅法，其エ艺过程易操作，可大規模制备改性石墨烯。由于表面接枝十八胺改性可以有效降低石墨烯表面能，得到的改性石墨烯ー方面可以较高浓度分散在非极性有机溶剂ニ甲苯中，另ー方面也提高了其与硅橡胶的相容性，进ー步有助于石墨烯在硅橡胶基体中的均匀分散，成功解决了传统エ艺不能将石墨烯分散在硅橡胶聚合物基体之中的问题，制备出了导电性能优异，压阻特性良好的压阻复合材料。2)得益于良好的填料分散表面改性石墨烯/硅橡胶复合材料渗流阈值仅为O. 63vol. %，低于同样经过表面改性碳纳米管复合材料的渗流阈值I. 00 vol. %。较低的渗流阈值不仅有利于维持硅橡胶的柔性和弾性，更有利于建立不稳定搭接的导电网络，从而提高复合材料压阻敏感度。同时，也由于所需填料添加量的減少，复合材料制备成本也大大降低。3)得益于对ニ维石墨烯表面改性及石墨烯自身大比表面积的优势，体积分数为1.19 %的复合材料展现出了优异的压阻重复性。在前四次的循环过程中，可以观察到ー些不稳定的电阻变化。但在随后的6次循环过程中，试样显现出了非常优异的压阻重复特性。在同样测试条件下表面改性碳纳米管/硅橡胶复合材料内部的导电网络完全跟不上外力的变化，优异的压阻敏感特性难以保持。4)单轴压缩下，表面改性石墨烯/硅橡胶复合材料的电阻变化与压カ之间呈现指数关系。均一化电阻随压カ增加而指数増加。复合材料均一化电阻若在对数坐标下则与压力成良好线性关系。5)本专利技术所提供的制备方法，エ艺简单，无需大規模加工设备，有利于低成本大规模制备性能优异的石墨烯/硅橡胶压阻复合材料。附图说明图I、表面改性石墨烯透射电镜照片。图2、表面改性石墨烯/硅橡胶复合材料的断面扫描电镜照片。图3、表面改性石墨烯/硅橡胶复合材料体积电阻率随石墨烯含量的变化曲线。图4、实施例I与2制备的表面改性石墨烯/硅橡胶复合材料的均一化电阻在压カ作用下的变化趋势图。图5、实施例2制备的表面改性石墨烯/硅橡胶复合材料的均一化电阻在循环压力作用下的变化趋势图。 图6、实施例3制备的表面改性石墨烯/硅橡胶复合材料的均一化电阻在循环压力作用下的变化趋势图。具体实施例方式以下通过具体实施例对本专利技术进行更详细的说明。实施例仅是对本专利技术的ー种说明，而不构成对本专利技术的限制。实施例是实际应用例子，对于本领域的专业技术人员很容易掌握并验证。如果在本专利技术的基础上做出某种改变，那么其实质并不超出本专利技术的范围。实施例I 1)所有的试验原料在实验之前均在80で真空干燥箱中干燥24小时，以去除其中的水份。将通过Hmnmers法制得的氧化石墨以2. 5 mg/mL的浓度将其分散在水中，并用氨水将PH值调节至8，通过超声处理我们可以得到分散均匀的棕褐色氧化石墨烯分散液。下一歩将事先准备好的20 mL浓度为5. O mg/mL十八胺的こ醇溶液加入40 mL氧化石墨烯的分散液中，并在90で下加热回流反应20 h。接着将O. I mL水合肼(水合肼加入量与氧化石墨比例为I mL:l g)加入混合液中，并继续在90で下加热反应4h。反应结束后，通过流动相过滤器对产物用60で热こ醇进行反复清洗。清洗后将得到的产物放入70で的真空干燥箱中保存24小时后得到表面烷基化改性石墨烯，其透射电镜照片如图I所示； 2)将第一歩得到的表面烷基化改性石墨烯称重40mg，随后加入40mLニ甲苯溶剂之中并进行超声处理2小时，可得到稳定的石墨烯浓度为lmg/mL的分散液。下ー步将2g硅橡胶溶解在10 mL ニ甲苯溶剂制备浓度为O. 2 g/mL硅橡胶分散液与表面烷本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种表面改性石墨烯聚合物基压阻复合材料，其特征在于，该复合材料包括占总体积百分分数为0. 96-1. 43%的导电填料，其余为聚合物基体；其中，所用聚合物基体为端羟基的室温硫化硅橡胶；所述导电填料十八胺接枝改性的表面改性石墨烯。2.根据权利要求I所述的一种表面改性石墨烯聚合物基压阻复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤 石墨烯表面改性 I. I称取一定量的氧化石墨分散在水中，并用氨水将PH值调节至8，通过超声处理得到浓度为2. 5 mg/mL的氧化石墨烯分散液，备用； I.2将浓度为5. 0 mg/mL的十八胺的乙醇溶液与氧化石墨烯分散液按照体积比为1:2的混合，并在90 1下加热回流反应20h，接着将水合肼加入混合液中，并继续在9...

【专利技术属性】
技术研发人员：党智敏，侯毅，查俊伟，
申请(专利权)人：北京科技大学，
类型：发明
国别省市：