[发明专利]一种具有负介电性能的石墨烯/聚乙烯醇柔性复合薄膜及其制备方法

说明书

本发明公开了一种具有负介电性能的石墨烯/聚乙烯醇柔性复合薄膜及其制备方法，该方法包含以下步骤：(1)将聚乙烯醇粉末溶于水中，配制出质量分数为5％的聚乙烯醇溶液；(2)将硅烷偶联剂和石墨烯加入到溶液A中，混合均匀，以对石墨烯进行表面修饰，并获得溶液B；(3)将步骤(2)中的溶液B烘干，获得硅烷偶联剂处理后的石墨烯粉体；(4)将质量分数为5％的聚乙烯醇溶液与硅烷偶联剂处理后的石墨烯粉体混合，获得石墨烯粉体的质量分数在20％以上的浆料；(5)将所述的浆料浇注成型并干燥固化后获得石墨烯/聚乙烯醇柔性复合薄膜。本发明具有制备工艺简单、制备成本低廉和易于规模化生产等特点，并且拓展了柔性复合薄膜的应用空间。

技术领域

本发明涉及复合材料的制备技术领域，具体涉及一种具有负介电性能的石墨烯/聚乙烯醇柔性复合薄膜及其制备方法。

背景技术

负的介电常数作为超材料的迥异电磁特性之一，为电磁功能材料研究开辟了新的应用空间，在新型电容器、无绕线电感器、大功率微波滤波器和负电容场效应晶体管等电子器件领域具有重要应用价值。负介电常数可以利用具有周期性阵列结构的超材料来实现，也可以在常规材料中通过等离子体振荡来实现。由于超材料主要是通过改变结构单元的形状、尺寸和排列方式，而不是材料的化学成分和微观结构来实现对其电磁性能的调控。因此，基于材料的本征特性，并结合常规材料的制备技术，通过对材料化学组成和微观结构的调控获得负介电常数，受到了国内外研究人员的广泛关注。

目前针对负介电性能的研究，主要集中在陶瓷基和高分子基的块体复合材料中。中国专利文献CN108220737A分别以Y₂Ti₂O₇为陶瓷相，Fe为金属相，通过高温烧结工艺制得具有负介电常数的金属陶瓷材料。中国专利文献CN108517119A报道了一种具有负介电常数的石墨烯/聚吡咯纳米粒子的制备方法。如果将负介电性能与柔性结构相结合，制备出一种具有可调控负介电性能的柔性负介电材料，将会在柔性电子器件和可穿戴设备等领域具有广阔应用前景。

发明内容

本发明的目的是提供一种具有负介电性能的石墨烯/聚乙烯醇柔性复合薄膜及其制备方法，这种石墨烯/聚乙烯醇柔性复合薄膜为可调控负介电性能的柔性负介电材料。

为了达到上述目的，本发明提供了一种具有负介电性能的石墨烯/聚乙烯醇柔性复合薄膜的制备方法，其包含以下步骤：

(1)将聚乙烯醇粉末溶于水中，配制出质量分数为5％的聚乙烯醇溶液；

(2)将硅烷偶联剂和石墨烯加入到溶液A中，混合均匀，以对石墨烯进行表面修饰，并获得溶液B；

(3)将步骤(2)中的溶液B烘干，获得硅烷偶联剂处理后的石墨烯粉体；

(4)将质量分数为5％的聚乙烯醇溶液与硅烷偶联剂处理后的石墨烯粉体混合，获得石墨烯粉体的质量分数在20％以上的浆料；

(5)将所述的浆料浇注成型并干燥固化后获得石墨烯/聚乙烯醇柔性复合薄膜。

较佳地，步骤(2)中，所述的溶液A为无水乙醇与去离子水的混合溶液。

较佳地，无水乙醇与去离子水的体积比为9:1。

较佳地，所述的硅烷偶联剂为KH550硅烷偶联剂。

较佳地，步骤(2)中，将硅烷偶联剂和石墨烯加入到溶液A中是指：将石墨烯加入到溶液A中，再加入硅烷偶联剂，其中，加入的石墨烯的质量：溶液A的体积：硅烷偶联剂的体积为0.5g：31.2mL：46.9μL。

较佳地，步骤(4)中，混合方法为磁力搅拌及超声处理。

较佳地，步骤(4)所述的浆料中，石墨烯粉体的质量百分数为20％～26％。

较佳地，步骤(5)中，在60℃条件下使所述的浆料干燥固化。