[发明专利]一种高强度石墨烯/氧化石墨烯膜及其生产方法和设备

说明书

本发明公开一种高强度石墨烯/氧化石墨烯膜及其生产方法和设备。本发明充分利用细菌纤维素的生长特性，将石墨烯/氧化石墨烯分散液与细菌纤维素的生产培养基均匀混合，在特殊设计的发酵罐内灭菌后接入菌种发酵。本发明石墨烯/氧化石墨烯膜主要由细菌纤维素膜以及石墨烯或氧化石墨烯微粒构成，保持了细菌纤维素膜所具有的连续纳米纤维网状结构，同时又将石墨烯或氧化石墨烯微粒均匀分布于网状结构的网孔及纳米纤维的表面，可以充分发挥细菌纤维素的高强度特点，又能充分展现石墨烯或氧化石墨烯的性能。本发明石墨烯/氧化石墨烯膜，具有强度高、石墨烯/氧化石墨烯分布均匀的特点，可以应用于导热、导电膜，过滤膜,电池隔膜等领域。

技术领域

本发明涉及一种高强度石墨烯/氧化石墨烯膜及其生产方法和设备。

背景技术

细菌纤维素是由一定数量、直径3～4纳米微纤组成的丝状纤维束，并由于细菌的无规高速活动而形成相互交织的超精细网状结构。这种结构使得细菌纤维素具有独特的理化性质和机械性能：(1)高结晶度、高聚合度和非常一致的分子取向，并且以单一纤维形式存在，不含植物纤维素普遍含有的木质素、果胶和半纤维素，纯度极高；(2)纤维直径在0.01μm～0.1μm之间，抗拉强度高，扬氏模量高达15GPa；(3)具有完全的生物可降解性，是环境友好产品。

石墨烯，一种碳原子紧密堆积成单层二维蜂窝状晶格结构的新材料，2004年由英国科学家制备，是目前世界上最薄的材料，仅有一个碳原子厚(约0.335nm)，具有优异的力学、光学、电学、热学等方面的性能：强度达到130GPa,是钢的100多倍；热导率可达5000W/m.K，是金刚石的3倍，银的11倍；透光率更是高达97％；比表面积高达2600M²/g。正是拥有如此多的高性能，使得石墨烯材料迅速成为全球的研究开发热点。

如何利用石墨烯的特点，制备高性能的复合材料是目前石墨烯应用研究领域的一个重大课题。由于石墨烯材料的纳米特性，如何解决其宜聚集、难分散的工程瓶颈，简单、快速、环保地制备石墨烯/氧化石墨烯复合材料也就成为了科技及工程界关注的问题。

申请号为201210467720X、2012104676847、201210393060.5的专利公开的技术是将石墨烯分散液与细菌纤维素培养基混合后原位培养，目的是在让石墨烯与细菌纤维素在生长过程中复合，但由于细菌纤维素只能在培养基的气液界面合成，因此悬浮在溶液的石墨烯无法均匀地分布在整个细菌纤维素膜中，含量很低，将直接影响复合材料中石墨烯材料所带来的性能。

申请号201110063663.4、201210450071.2、201410281620.7的专利公开的技术(1)是将单独培养的细菌纤维素膜浸泡在石墨烯/氧化石墨烯的分散液中来制备复合材料。由于细菌纤维素膜的孔径只有几十纳米，而石墨烯/氧化石墨烯尽管在径向的尺寸很小(几到几十纳米)，但横向尺寸有几微米，因此，单靠浸泡，即使通过超声分散，也不可能使石墨烯/氧化石墨烯粒子均匀分散至细菌纤维素膜内部，因此，复合材料的中石墨烯/氧化石墨烯的含量很低，必将导致其依赖于石墨烯材料的性能(如导电导热等)的大幅度下降；(2)是将细菌纤维素膜用粉碎机粉碎后制备的浆液与石墨烯或氧化石墨烯分散液均匀混合，过滤，干燥后成膜。该方法由于已经破坏了细菌纤维素独特的网络状结构，因此，形成的膜强度大大下降。

申请号201410021028.3、201410457118.7专利公开的技术是将石墨烯或氧化石墨烯分散液加入到细菌纤维素培养基中，搅拌培养，从而实现在细菌纤维素生长过程中将石墨烯/氧化石墨烯包裹在内的目的。由于合成细菌纤维素的细菌的生长特点，该种动态方法形成的细菌纤维素是一种近似球状的结构，无法形成平面、连续的膜状材料，因此，会大大降低复合材料的强度和导电导热等性能。