[发明专利]一种多功能石墨烯自组装膜及其制备方法

权利要求书

1.一种多功能石墨烯自组装膜，其特征在于所述自组装膜包括：（a）至少一种片状填料纳米片，（b）至少一种有机多膦酸根结构衍生物，（c）至少一种活化试剂，（d）至少一种分散介质，（e）非必须第二分散介质；以总量计，各组分重量百分比为：片状填料纳米片0.1-10wt%，有机多膦酸根结构衍生物2-20wt%，活化试剂0.5-10 wt %，第一分散介质5-40 wt%，第二分散介质28-64 wt %，其总重量满足100%；将上述（a）-（e）原料组合制备多功能石墨烯自组装膜；

通过活化试剂与有机多膦酸根结构衍生物分子反应，将磷氧基结构聚合到活化试剂分子链段上，将得到的产物化学接枝在氧化石墨烯纳米片表面，得到腐蚀抑制型石墨烯材料；再通过金属离子与腐蚀抑制型石墨烯材料螯合交联反应，将腐蚀抑制型石墨烯材自动、快速组装在金属基材表面，从而获得多功能石墨烯自组装膜。

2.一种如权利要求1所述的一种多功能石墨烯自组装膜的制备方法，其特征在于具体步骤如下：

（1）在三口烧瓶中，加入准确称量的5-40 wt%第一分散介质、2~20 wt%分子量50-5000的有机多膦酸根结构衍生物，在0-100℃温度下搅拌分散，形成均匀混合溶液；

（2）将0.5~10 wt% 分子量50-1000的活化试剂加入到5~40 wt%第一分散介质中，搅拌均匀；

（3）将步骤（1）得到的均匀混合溶液加入到步骤（2）得到的产物中，在5-100 ℃温度下反应1-100小时，得到预反应液；

（4）在一烧杯中，将0.1~10 wt%石墨烯粉末加入到28~64 wt%的第二分散介质中，在0-100℃温度下混合分散0.1-24小时，形成氧化石墨烯混合液；

（5）将步骤（4）得到的分散好的氧化石墨烯混合液加入到步骤（3）得到预反应液中，在50~100℃温度下反应1~100小时，反应后，氧化石墨烯混合液颜色由棕黄色变化为蓝黑色，反应产物分离、水清洗后，再加入去离子水配制成浓度为0.1~10 wt%的均匀水分散液，得到腐蚀抑制型石墨烯纳米水分散液；

（6）将金属基材表面打磨光滑后，放置于步骤（5）得到的腐蚀抑制型石墨烯纳米水分散液中，浸渍10秒~100小时，取出5-100℃干燥，即得多功能石墨烯自组装膜；通过控制浸渍时间和腐蚀抑制型石墨烯纳米水分散液浓度为0.1-10%，所得多功能石墨烯自组装膜的厚度可以控制在10nm-100μm，膜层可从金属基材上完整剥离。

3.根据权利要求2所述的一种多功能石墨烯自组装膜的制备方法，其特征在于步骤（1）中所述分子量50-1000的有机多磷酸根结构衍生物为羟基乙叉二膦酸、氨基三亚甲基膦酸、乙二胺四亚甲基膦酸、1,4-丁二膦酸、1,2-乙烯基二膦酸、1,3-亚丙基二膦酸、环己六醇六磷酸、亚甲基二膦酸、间二甲苯二膦酸、邻二甲苯二膦酸、1,8-辛二膦酸、己二胺四甲叉膦酸、1,4-苯二膦酸、联苯-4,4-二膦酸或相应衍生物的任意一种及以上。

4.根据权利要求2所述的一种多功能石墨烯自组装膜的制备方法，其特征在于步骤（2）中所述活化试剂为分子量50-1000、表面带有羟基、氨基、环氧基的具有反应活性的硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂、铝酸酯偶联剂或有机金属醇盐中的任意一种及以上。

5.根据权利要求2所述的一种多功能石墨烯自组装膜的制备方法，其特征在于步骤（1）中和步骤（2）中所述第一分散介质均为醇、醚、酯或酮的任意一种及以上，步骤（4）中所述第二分散介质为醇、醚、酯或酮的任意一种及以上。

6.根据权利要求2所述的一种多功能石墨烯自组装膜的制备方法，其特征在于步骤（4）中所述石墨烯为单层、双层、少层（3~10层）或多层（10层以上）氧化石墨烯、还原氧化石墨烯，部分还原氧化石墨烯或化石墨烯结构衍生物中的任意一种及以上。

7.根据权利要求2所述的一种多功能石墨烯自组装膜的制备方法，其特征在于步骤（6）中所述金属基材为铁、铝、锌、铜、镁、镍、锡、碳钢、不锈钢、铸铁、铝合金、铜合金、镁合金中的任意一种及以上。