[发明专利]提高石墨烯增强体在非金属材料基体中分散性的方法

说明书

本发明公开了一种提高石墨烯增强体在非金属材料基体中分散性的方法，将原料采用分步加料法进行湿法球磨，具体包括以下步骤：先将石墨烯增强体放入球磨罐中后再加入非金属材料和磨球，然后分多次向球磨罐中加入助磨剂进行球磨直至原料混合呈均匀浆糊状；采用分步加料法确保石墨烯与非金属材料基体材料之间的良好界面结合，有利于石墨烯在非金属材料基体中的分散和增大二者的接触界面，能够使石墨烯均匀分散于基体材料中，整个过程中几乎不见石墨烯团聚体，且分散效率高、分散稳定性高、对石墨烯结构无破坏，解决石墨烯易团聚的问题，提高石墨烯增强非金属材料基复合材料的力学性能，而且能够满足工业化制备的要求。

技术领域

本发明涉及于石墨烯复合材料领域，具体涉及一种提高石墨烯增强体在非金属材料基体中分散性的方法。

背景技术

石墨烯是由碳原子以sp2杂化轨道组成六角型二维碳纳米材料，是世界上最薄且最坚固的材料，它的强度和弹性模量分别达到125GPa和1100GPa。由于其较大的比表面积、高模量和高强度等优异的性能，石墨烯可以作为无机非金属材料、高分子材料的补强体。但是由于完美的石墨烯是由碳原子经sp2杂化成键形成的稳定二维平面结构，如此惰性的表面结构给单片石墨烯的稳定存在及其在其它溶剂中的分散带来难题，由此而限制了石墨烯及石墨烯基复合材料的研究开发与应用。要想实现石墨烯广泛应用，首先要解决的问题就是石墨烯的分散稳定性。对于如何改善石墨烯的分散性问题，有大量的科研人员在这方面作了一系列研究，其方法主要集中在对石墨烯的表面改性、引入外来分子如负载纳米粒子、加入表面活性剂分子、引入高分子以及掺杂芳香族大分子等，也有利用还原的氧化石墨烯面内或边缘含氧官能团的静电排斥作用以减弱片层间的范德华力来达到稳定分散的目的。石墨烯可通过共价键功能化和非共价键功能化两种途径进行改性，在这些方面已取得了很大进展。共价键功能化通过控制其它反应物与石墨烯形成稳定的共价键而赋予其许多优异的性质，但是也会不可避免的破坏石墨烯原有的结构特征，使其本征性能受到不同程度的影响。而非共价键功能化，修饰分子通过π-π相互作用、氢键等作用与石墨烯结合在一起，在满足提高石墨烯分散性能的前提下，对其结构破坏程度相对微弱，但是依然存在结构破环的风险，导致性能不稳定。现有技术中也有采用机械分散法和超声波分散法对石墨烯进行分散，然而石墨烯比表面积大且表面能高，过量的石墨烯不可避免地在材料中形成团簇，使石墨烯与陶瓷基体不能形成良好的接触界面，破坏石墨烯的微观组织结构，不仅降低了自身的吸附能力而且阻碍石墨烯自身优异性能的发挥，从而影响了石墨烯增强复合材料性能的改进，影响复合材料性能的提高。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种提高石墨烯增强体在非金属材料基体中分散性的方法，能够使石墨烯均匀分散于基体材料中且分散效率高、分散稳定性高、对石墨烯结构无破坏，解决石墨烯易团聚的问题，提高石墨烯增强非金属材料基复合材料的力学性能，而且能够满足工业化制备的要求。

本发明的一种提高石墨烯增强体在非金属材料基体中分散性的方法，将原料采用分步加料法进行湿法球磨，具体包括以下步骤：将石墨烯增强体、非金属材料和磨球放入球磨罐中，然后分多次向球磨罐中加入助磨剂进行球磨直至原料混合呈均匀浆糊状；

进一步，先将石墨烯增强体加入球磨罐中，然后再加入非金属材料，最后加入磨球；

进一步，每添加一次助磨剂需球磨一段时间后再进行下次助磨剂添加；

进一步，所述助磨剂的添加量按次数由少至多依次增加；

进一步，所述助磨剂为无水乙醇，所述非金属材料为无机非金属材料、高分子材料中的一种；

进一步，所述非金属材料为氧化铝陶瓷，所述磨球为氧化锆球；

进一步，原料呈均匀浆糊状后继续添加无水乙醇球磨至粉体粒度小于0.5μm；

进一步，所述石墨烯添加量为石墨烯和氧化铝总量的0.1wt％～4.5wt％；

进一步，所述石墨烯添加量为石墨烯和氧化铝总量的1.0～1.5wt％；