[发明专利]一种石墨烯纳米带-聚苯胺纳米带复合材料及其制备方法

说明书

本发明涉及一种石墨烯纳米带‑聚苯胺纳米带复合材料及其制备方法，先将氧化石墨烯纳米带分散在水中再加入表面活性剂后进行水热反应获得氧化石墨烯纳米带水凝胶，接着将氧化石墨烯纳米带水凝胶在溶解有苯胺的溶液中浸泡一段时间，然后将苯胺低温聚合，最后经还原剂还原制得石墨烯纳米带‑聚苯胺纳米带复合材料，产品为石墨烯纳米带与聚苯胺纳米带形成的具有网络互穿结构的复合气凝胶，石墨烯纳米带‑聚苯胺纳米带复合材料在电流密度为0.25A/g的条件下比电容为600～700F/g，在弯折1000次后比电容保留率＞96％。本发明方法易于操作，成本低廉，制得的石墨烯纳米带‑聚苯胺纳米带复合材料比电容大且抗弯折性能好，应用前景好。

技术领域

本发明属于纳米复合材料制备领域，涉及一种石墨烯纳米带-聚苯胺纳米带复合材料及其制备方法。

背景技术

石墨烯基纳米复合材料结合了石墨烯材料优异的电子/离子输运性能、力学性能以及活性纳米材料的电化学等性质，在锂电池、超级电容器等领域拥有广阔的应用价值和市场前景。过去的十几年里，石墨烯基纳米复合材料在储能材料、器件及技术方面的研究已经取得了令人瞩目的进展。然而，随着科技发展以及物质文化需求的提高，人们对储能材料提出了更高的要求，如高储量、轻薄化、柔性和可穿戴等。

目前石墨烯基纳米复合材料主要通过以下两类方法制备：1)氧化石墨烯溶液与另外一种纳米材料共混，然后通过共水热、共沉积或原位聚合等方法形成复合材料，经过化学试剂或气氛还原等方式还原后得到石墨烯基纳米复合材料，所形成的复合结构一般为如图1所示的“填充”式，即纳米颗粒、纳米球或者纳米棒原位生长后填充在石墨烯片层的表面或者石墨烯片层之间；2)通过氧化石墨烯水热、模板浸渍等方法先形成网络结构，然后通过电化学沉积、水热等方法使得另外一种纳米材料包裹在石墨烯的骨架网络表面上，最后经过还原后所形成的复合结构称为如图2所示的“包覆”式。

以上两种方法简单、通用，但总结起来依然存在问题。首先，方法1)中石墨烯片层极易堆叠，纳米材料极易团聚，导致纳米材料的浪费，以及纳米材料性能的下降。方法2)虽然可以有效避免形成复合材料时石墨烯片层的堆叠，但由于具有非常大的孔隙结构，导致材料单位体积的储能密度较低。此外，两种方法都存在的致命问题是，不管纳米材料填充在孔隙还是包覆在网络表面，都基本呈现纳米颗粒形式，当材料遭受外界的弯折变形时，尤其是多次弯折变形时，“填充”式结构中纳米颗粒容易发生团聚、移位，而“包覆”式结构中纳米颗粒极易从网络表面剥落，从而导致整体材料性能的下降。

因此，开发一种能够有效避免因弯折变形而引发材料性能明显下降的石墨烯基纳米复合材料极具现实意义。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服现有技术复合材料抗弯折变形性能不佳，易引发性能下降的缺陷，提供一种能够有效避免因弯折变形而引发材料性能明显下降的石墨烯基纳米复合材料及其制备方法。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种石墨烯纳米带-聚苯胺纳米带复合材料，所述石墨烯纳米带-聚苯胺纳米带复合材料为石墨烯纳米带与聚苯胺纳米带形成的具有网络互穿结构的复合气凝胶；所述石墨烯纳米带-聚苯胺纳米带复合材料在弯折1000次后，比电容保留率为96％以上。现有技术中的石墨烯-聚苯胺纳米颗粒复合材料在弯折400次后就由于纳米颗粒的团聚、石墨烯与聚苯胺失联等原因导致整体复合材料的性能明显下降，在弯折1000次后纳米复合材料的比电容下降至开始的60％左右，所述石墨烯纳米带-聚苯胺纳米带复合材料在电流密度为0.25A/g的条件下，比电容为600～700F/g，而现有的“填充式”及“包覆式”石墨烯-聚苯胺纳米颗粒复合材料的比电容仅为300～450F/g。现有技术无法同时兼顾比电容大及抗弯折性能好。