[发明专利]一种长链共轭π键交联超强韧高导电石墨烯复合薄膜的制备方法

说明书

本发明涉及一种长链共轭π键交联超强韧高导电石墨烯复合薄膜的制备方法，首先将芘甲醇和10,12‑二十二碳二炔二酸(DDA)搅拌混合均匀，再向其中加入1‑乙基‑3‑(3‑二甲氨基丙基)碳二亚胺盐酸盐(EDCI)、4‑二甲基氨基吡啶(DMAP)和二氯甲烷(DCM)，搅拌反应一段时间，得到10,12‑二十二碳二炔二酸二芘甲酯(BPDD)；然后将氧化石墨烯(GO)溶液经真空抽滤制得自支撑GO薄膜；该GO薄膜经过化学还原后，浸泡在BPDD溶液中，最后利用紫外光照射制得长链共轭π键交联的石墨烯(πBG)复合薄膜，获得πBG薄膜的最高拉伸强度为1054MPa，相应的韧性为36MJ/m³，电导率为1192S/cm。此外，该最优化的πBG薄膜具有超高的抗疲劳性能和优异的电磁屏蔽效能。

技术领域

本发明涉及一种长链共轭π键交联超强韧高导电石墨烯复合薄膜的制备方法，属于纳米复合材料制备领域。

背景技术

由于石墨烯在航空航天和柔性电子器件领域具有广泛的应用(Adv.Mater.2016,28,7862.)，因此，在室温下将矿产丰富的石墨转变为高性能的石墨烯薄膜具有重要意义。该转变过程通常包含石墨的剥离，再组装以及后续的还原过程。研究表明低温(～0℃)下氧化可以将石墨高效地剥离成高质量的GO纳米片(Adv.Mater.2013,25,3583.)；此外，室温下的HI化学还原是一种能高效还原GO成rGO的方法(Carbon 2010,48,4466.)，其不仅比其他化学还原方法对石墨烯薄膜的微观结构破坏更小，而且比高温煅烧过程更廉价。目前，尽管有很多先进的技术可以实现石墨烯薄膜的宏量制备，例如结合卷对卷连续收集技术的电喷射沉积(Adv.Mater.2014,26,4521.)、湿纺(Chem.Mater.2014,26,6786.)、凝胶成膜(Adv.Mater.2015,27,6708.)以及连续离心铸膜(Nat.Commun.2018,9,3484.)等，但是如何从界面设计的角度优化GO纳米片的组装仍然是一项重大挑战。

强韧一体化的天然鲍鱼壳为此提供了令人印象深刻的启发：(1)室温生长；(2)精致的层状结构；(3)复杂的界面相互作用(Nat.Rev.Mater.2016,1,16007.)。自从Dikin等人(Nature 2007,448,457.)在2007年将GO纳米片组装成自支撑的GO薄膜之后，大量的研究工作致力于通过增强GO纳米片层间的交联来提升石墨烯薄膜的力学性能。GO纳米片的表面是由氧化区域和sp²共轭区域交替组成，其容易形成氢键、离子键、共价键以及共轭π键。例如，Putz等人(Adv.Funct.Mater. 2010,20,3322.)和Hu等人(Angew.Chem.Int.Ed.2013,52,13784.)分别使用人工合成的聚乙烯醇和天然的丝素蛋白在GO层间构筑氢键网络，制备了高强度的GO复合薄膜；Park等人(ACS Nano 2008,2,572.)和美国西北大学黄嘉兴教授课题组(Nat.Chem.2014,7,166.)分别证明了二价和三价金属离子交联可以有效提升GO薄膜的力学性能；An等人(Adv.Mater.2011,23,3842.)在相邻的GO纳米片之间引入共价交联，制备了高强度高模量的GO薄膜，但是其具有较低的断裂伸长率和韧性；清华大学石高全教授课题组(J.Am.Chem.Soc.2008,130,5856.)通过共轭π键制备了柔性导电的石墨烯薄膜。