[发明专利]用于电磁和传感器应用的含石墨烯的水基压阻导电聚合物涂料

说明书

用于提供薄的导电、抗静电和可能的压阻涂层的水基导电聚合物涂料，是由液态水基聚合物，或者是由填充有通过膨胀石墨的剥离得到的石墨烯纳米片(GNPs)的水基聚合物涂料起始制备的。所述方法设想以下步骤：a)使市售的石墨层间化合物(GIC)经受热膨胀以获得如TEGO、WEG或膨胀石墨(EG)的已知结构，或者使用商业类型的EG；b)将所述TEGO、WEG或EG结构在水基涂料/聚合物中分散并粉碎，可以根据所需的最终性能用醇‑水混合物以可变浓度稀释；c)使所述悬浮体进行超声波处理，其中基于要获得的材料的性能限定声波处理循环参数如悬浮体的温度、释放的能量和持续时间。

技术领域

本发明属于纳米技术领域，更具体地涉及新型纳米结构的和石墨烯基材料的制备，所述材料呈现出受控的电性能、电磁性能和机电性能。

特别地，本发明涉及由商品化水基聚合物涂料或由填充有石墨烯纳米片(GNPs)的水基聚合物液体溶液起始的具有受控的电性能或压阻性能或电磁性能水基聚合物涂料的配制和制备，其中石墨烯纳米片是通过膨胀石墨的剥离获得的。所述涂料可用于电磁屏蔽应用(例如，用于制备雷达吸收材料(RAMs)或用于制备抗静电装置或用于分布式监测结构的应变状态的压阻涂层。

除了上述的电、压阻和电磁特性外，由此获得的涂层是轻的，易于加工，并且适合于铺设在任何基材上。

通过下述的方法已经实现了本发明的所有目的。

为了制备所述涂料而开发的方法简单、便宜、快速，且适合于低成本大量生产。此外，它使用醇-水混合物作为溶剂。

它设想了以下步骤：

a)使市售的石墨层间化合物(GIC)经受热膨胀以获得称为TEGO、WEG或膨胀石墨(EG)的结构，或者使用商业类型的EG；

b)将所述TEGO、WEG或EG结构分散并粉碎在水基涂料/聚合物中，可以根据所需的最终性能用醇-水混合物以可变浓度稀释；和

c)使悬浮体经受超声波处理(ultrasonication)，其中基于待获得的材料的性能限定声波处理(sonication)循环参数如悬浮体的温度、释放的能量和持续时间。

可以用多种技术，例如通过非限制性实施例的喷涂、浸涂(dip-casting)和喷墨(ink-jet)铺设所述涂料。

有利地，根据本发明，可以通过以下方面控制以所述涂料获得的涂层的电性能、压阻性能和电磁性能：

1.分散在基质内的GNPs的量；

2.用作溶剂的醇-水混合物的限定和浓度；和

3.涂料内GNPs的分散的控制，

其中，所述控制是通过机械棒式搅拌器和带有超声波探头(tip)的超声波发生器的顺序作用来实现的，其中所述机械棒式搅拌器具有粉碎悬浮体中的膨胀石墨的功能，所述超声波发生器具有将先前粉碎的膨胀石墨剥离及分散的功能。

背景技术

复合材料在航空航天领域、军事领域、汽车领域等中越来越广泛的用途正在导致导电复合材料的发展，以便为分布式传感、电磁屏蔽和电磁干扰抑制提供解决方案，其可易于集成在复合材料的制备链中。

因此，对新技术和新型聚合物基质及导电复合材料的开发有相当大的兴趣。这些复合材料可以使用绝缘基质或使用导电基质两者中之一来获得。一些最深入研究的填料是碳纳米结构，不管是以还原的氧化石墨(rGO)的形式，还是以功能化石墨烯片(FGSs)的形式，或者以石墨/石墨烯纳米片(GNPs)的形式，或者以碳纳米管(CNTs)的形式。研究最多的方面之一涉及提供导电涂层的可能性。

现在接着简要分析和评论一系列专利和科学论文，其以本说明书最后的参考文献列表中出现的数字来区分。