[发明专利]加工聚苯乙烯、石墨烯纳米复合微结构阵列的方法与装置

说明书

加工聚苯乙烯、石墨烯纳米复合微结构阵列装置，包括激光发生器、真空腔、载物台、紫外滤光镜和气体流量控制单元；载物台以可拆卸固定的方式安装于真空腔内的底部，真空腔具有开启和密闭的通道；紫外滤光镜安装于真空腔，激光发生器发射激光透过紫外滤光镜照射到位于真空腔中的载物台，载物台用于放置待加工物；气体流量控制单元连通于真空腔，气体流量控制单元用于控制进入到真空腔中的气体；真空腔通过真空腔夹具固定安装于三轴精密运动平台。针对当前难以加工聚苯乙烯、石墨烯纳米复合材料微结构阵列的问题，本发明的目的在于提出一种加工聚苯乙烯、石墨烯纳米复合微结构阵列装置。

技术领域

本发明涉及紫外激光加工领域，特别是一种加工聚苯乙烯、石墨烯纳米复合微结构阵列的方法与装置。

背景技术

石墨烯具有多种优异和非典型特性，包括高表面积、高载流子迁移率、导热系数、高透过率、优异的机械力学性能、良好的化学稳定性和生物相容性，使得石墨烯在微电子学、储能、柔性显示器、透明导电电极、复合材料和仿生设备等领域具有广泛的应用前景。

为了使石墨烯的优异性能得到充分的利用，将其与基底材料进行复合，制备出复合材料是最有效的方法之一。近年来，大量研究报道了将石墨烯与聚合物复合、从而制备出高性能导电聚合物基底复合材料。然而，由于石墨烯特有的小尺寸效应、表面效应和自身极强的范德华作用力，使其极易在聚合物基体内部发生团聚，导致分布不均匀；另一方面，石墨烯表面具有较强的疏水性和化学惰性，导致与聚合物基底的相容性差，明显降低了复合材料界面的结合强度。这不仅限制了石墨烯优异性能的发挥，还会降低聚合物基底的性能。因此，如何改善石墨烯与聚合物基底之间的结合力是当前制备高性能聚合物/石墨烯纳米复合材料的瓶颈。

目前主要通过改善复合材料的制备技术和制备工艺来改善分散性；或者通过对石墨烯进行功能化的改性，以改善分散性。所发展的方法主要包括：溶液插层法、微球覆盖还原法、原位乳液聚合法、Pickering乳液聚合法、点击化学法、ATRP法等。但是，这些方法步骤繁多，操作复杂，生产效率低，质量难以控制。如《塑料工业》第46卷第4期论文“石墨烯/聚苯乙烯导热复合材料的制备”提出：以偶氮二异丁脒盐酸盐(AIBA)为引发剂，采用分散聚合的方法，合成表面带正电荷、粒径在600nm的聚苯乙烯(PS)微球，然后通过自组装的办法将氧化石墨烯包覆与PS微球表面；再用化学还原法将氧化石墨烯还原为石墨烯，从而获得石墨烯包覆聚苯乙烯微球的复合材料。该方案中使用的偶氮二异丁脒盐酸盐(AIBA)为高毒试剂，且并不能将石墨烯直接包覆在聚苯乙烯微球上，需要对氧化石墨烯进行还原，步骤繁多、生产效率低、成本较高。中国专利CN102344700A提供了一种制备石墨烯/聚苯乙烯导电复合材料的方法：首先制备氧化石墨烯，然后通过分散聚合制备阳离子聚苯乙烯微球，再将上述两者混合，加入水合肼进行还原。其制备得到的石墨烯聚苯乙烯复合材料结合面不紧密，石墨烯在聚苯乙烯基体表面分布不均匀。而中国专利CN106220774A为在解决残留溶剂和分散不均的问题，提出了一种制备聚苯乙烯、石墨烯纳米复合材料的方法：通过将液态二甲胺(DMA)分散助剂、与石墨烯纳米片粉体混合，并经超声处理获得石墨烯纳米片分散剂。其他处理步骤与上述中国专利CN102344700A相近。上述两种方法都是使用了水合肼还原氧化石墨烯的方法，从而得到包覆聚苯乙烯微球的石墨烯。但是，水合肼属于高毒试剂；且整个过程需要将石墨烯历经氧化-还原多个过程，导致生产效率低、反应时间长、成本高。

综上，亟需发展一种高效低廉的加工聚苯乙烯、石墨烯纳米复合材料微结构阵列的新方法与装置。

发明内容

针对上述缺陷，本发明的目的在于提出一种加工聚苯乙烯、石墨烯纳米复合微结构阵列装置。

加工聚苯乙烯、石墨烯纳米复合微结构阵列装置，包括激光发生器、真空腔、载物台、紫外滤光镜和气体流量控制单元；

所述载物台以可拆卸固定的方式安装于所述真空腔内的底部，所述真空腔具有开启和密闭的通道；