[发明专利]用于提高工业石墨烯膜层导电性能的架桥材料及其架桥方法

说明书

本发明公开了一种用于提高工业石墨烯膜层导电性能的架桥材料及其架桥方法，该架桥材料的压片电导率大于10⁶ S/m，直径在10~200 nm之间，长度在10~300μm之间，其中，架桥材料长度与石墨烯片径之比在5:1‑150:1之间。本发明利用上述架桥材料与工业石墨烯浆料均匀混合并形成膜层后，将架桥材料与多片石墨烯连接，形成架桥结构，增加了石墨烯片与片表面之间的电子传递通路，降低了电子传递过程中的阻抗，从而提高了膜层整体电导率。

技术领域

本发明属于导电膜层制备领域，特别涉及一种提高工业石墨烯膜层导电性能的架桥材料及其架桥方法。

背景技术

当前，导电材料的研制逐渐向电导率高、层薄、质量轻、可柔性化的方向发展。石墨烯的理论研究成果证明了它具有10⁸S/m的电导率，应用在导电材料领域具有光明的前景。然而，通过氧化还原法或液相剥离法制备的石墨烯微片堆叠组成的工业石墨烯膜层中，微观上存在的多片层会导致微片之间接触电阻增加，微片尺寸小会导致膜层内低导电区域面积增加，单片内晶格缺陷的存在使得每一片石墨烯的电导率下降。上述三方面因素，最终导致膜层整体电导率实际值(小于10⁴S/m)与理论值(10⁸S/m)相差甚远。一些研究提出在石墨烯表面吸附导电助剂以提高膜层整体导电性，然而吸附方法通常是通过对石墨烯进行羧基化，然而此过程在本已具有晶格缺陷的石墨烯上又引入了含氧官能团，最终导致导电性能提升有限。因此，提出新的能够大幅提高工业石墨烯膜层导电性的方法十分必要。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于提高工业石墨烯膜层导电性能的架桥材料及其架桥方法。

实现本发明的技术解决方案是：

一种用于提高工业石墨烯膜层导电性能的架桥材料，所述架桥材料为高导电、大长径比的一维纳米材料，其压片电导率大于10⁶S/m，直径在10～200nm之间，长度在10～300μm之间，其中，架桥材料长度与石墨烯片径之比在5:1-150:1之间。

进一步的，所述架桥材料优选由多壁碳纳米管和纳米银颗粒形成的复合物、银纳米线、铜纳米线和镍纳米线中的任意一种。

更进一步的，由多壁碳纳米管和纳米银颗粒形成的复合物，成分上，由多壁碳纳米管和纳米银颗粒组成；其尺寸上，多壁碳纳米管长度在10-30μm、管径在10-30nm之间，纳米银颗粒粒径在1-10nm之间，其中，5-7nm之间占50％以上；其含量上，多壁碳纳米管和银离子质量比例在1:0.7-1:2.1之间；其形貌上，纳米银颗粒生长在多壁碳纳米管表面。

更进一步的，由多壁碳纳米管和纳米银颗粒形成的复合物由如下步骤制备：

步骤1：将多壁碳纳米管分散于浓度在1-2mg/mL之间的Tris碱溶液中，制成浓度在20-30mg/mL之间的分散液；

步骤2：向步骤1中的分散液中加入盐酸多巴胺，使得盐酸多巴胺在分散液中的浓度在0.5-1.5mg/mL之间；

步骤3：步骤2制得的分散液匀速搅拌24小时以上后过滤，所得固体物质洗涤、真空干燥；

步骤4：向0.08-0.25mol/L的硝酸银的水溶液中滴入氨水至溶液澄清透明，按每升硝酸银溶液中加入20g步骤3中得到的固体物质，所得溶液分散均匀；

步骤5：配制甲醛-乙醇-水混合溶液，其中甲醛、乙醇、水之间的体积比为1:4:20；

步骤6：将步骤5所配制的溶液按体积比1:2加入到步骤4所得溶液中，-持续搅拌2小时以上，将反应后溶液进行抽虑，沉淀物质经去离子水和乙醇清洗后，真空干燥，得到所述的复合物。