[发明专利]石墨烯‑导电聚合物复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种石墨烯-导电聚合物复合材料的制备方法，特别涉及一种电化学制备石墨烯复合材料的方法，属于材料技术领域。

背景技术

石墨烯是由碳原子以sp2杂化连接的单原子层构成的新型二维原子晶体，因具有较高的机械强度、良好的电导率和极大的比表面积等优异性能受到广泛关注。与碳纳米管类似，石墨烯很难作为单一原料生产某种产品，而主要是利用其突出特性与其他材料体系进行复合，从而获得具有优异性能的新型复合材料，因而石墨烯复合材料成为石墨烯应用领域中的一个重要研究方向。石墨烯是纳米级别的功能填料，与聚合物复合可以改善材料的力学性能、热性能、电性能等，有望在锂离子电池、超级电容器、高效催化剂和生物传感器等领域获得更广泛的应用。石墨烯/聚合物复合材料的制备方法主要有溶液混合、熔融共混和原位聚合法。溶液共混是将石墨烯与聚合物进行溶液共混制备石墨烯/聚合物复合材料。溶液共混法需要大量的溶剂，成本高，环境污染严重。熔融共混法通常将石墨烯与聚合物在熔融状态下共混制得复合材料。熔融共混法所制备的纳米复合材料中，石墨烯分散性较差。原位聚合法是将石墨烯与聚合物单体混合，加入引发剂引发反应，最后制得复合材料。原位聚合法可以将石墨烯均匀分散在聚合物基体中，但是加入石墨烯的聚合物的黏度增大，使得聚合反应变得复杂，反应可控性差。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种石墨烯-导电聚合物复合材料及其制备方法，以克服现有技术中的不足。

为实现上述发明目的，本发明采用了如下技术方案：

本发明实施例提供了一种石墨烯-导电聚合物复合材料的制备方法，其包括：

以三维石墨烯宏观体作为工作电极或者以载有三维石墨烯宏观体的导电体作为工作电极，并与对电极、包含聚合物单体的电解液构建电化学反应体系，以及

通过电化学方法在所述三维石墨烯宏观体内的石墨烯纳米片表面沉积导电聚合物，形成石墨烯-导电聚合物复合材料。

进一步的，所述聚合物单体包括苯胺、吡咯、噻吩或乙炔等，且不限于此。

进一步的，所述电化学方法包括循环伏安法，脉冲伏安法，控电位法或控电流法等，且不限于此。

本发明实施例提供了由前述方法制备的石墨烯-导电聚合物复合材料。

与现有技术相比，本发明的优点至少在于：

(1)本发明提供的石墨烯-导电聚合物复合材料的制备方法简单高效、工艺条件可控，成本低廉、对环境友好、适于大规模工业化生产；

(2)本发明提供的石墨烯-导电聚合物复合材料中导电聚合物在石墨烯表面分散更为均匀，两者之间结合力强，使得该复合材料具有稳定性好、电导率高等优点，在薄膜晶体管液晶显示器、超细电路连接、能量产生转化与储能器件、电磁屏蔽、导热散热、传感器、生物医药，吸波和催化等领域有广泛应用前景。

附图说明

图1是本发明实施例1所获石墨烯/聚苯胺复合材料的扫描电镜图；

图2是本发明实施例1所获石墨烯/聚苯胺复合材料的透射电镜图。

具体实施方式

本发明实施例的一个方面提供的一种石墨烯-导电聚合物复合材料的制备方法包括：

以三维石墨烯宏观体作为工作电极或者以载有三维石墨烯宏观体的导电体作为工作电极，并与对电极、包含聚合物单体的电解液构建电化学反应体系，以及

通过电化学方法在所述三维石墨烯宏观体内的石墨烯纳米片表面沉积导电聚合物，形成石墨烯-导电聚合物复合材料。

进一步的，所述三维石墨烯宏观体包括石墨烯纳米片聚集形成的石墨烯泡沫。

例如，所述三维石墨烯宏观体可以选自利用氧化石墨烯通过水热反应制得的三维石墨烯宏观体。

优选的，所述石墨烯泡沫所含孔洞的孔径为1纳米～100微米。

例如，所述三维石墨烯宏观体可以选自以金属泡沫材料为基底，通过化学气相沉积法制得的三维石墨烯宏观体。优选的，所述金属泡沫材料包括泡沫镍或泡沫铜等，且不限于此。

进一步的，所述导电体的材质包括Au、Ag、Pt、Fe、Co、Ni、Cu或Ru等金属，当然也可以是其它具有良好导电性能的非金属材料等。

进一步的，所述电解液包括聚合物单体、电解质、溶剂等。

进一步的，所述电解液中的溶剂包括水和/或有机溶剂。其中，所述有机溶剂可以包括甲醇、乙醇、乙二醇、丙酮、二甲基甲酰胺、二甲基亚砜、氯仿、乙酸乙酯或碳酸丙烯酯等，且不限于此。