磺化石墨烯-導(dǎo)電高分子分散液，其制備方法與應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明特別涉及一種磺化石墨烯-導(dǎo)電高分子分散液，其制備方法與應(yīng)用，屬于材料科學(xué)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]自從Geim等人成功制備了室溫下穩(wěn)定存在的石墨稀以來(lái)，石墨稀引起了廣泛的關(guān)注(Science, 2004, 306, 666-669)。與傳統(tǒng)碳材料相比，石墨烯具有更加優(yōu)異的電學(xué)、熱學(xué)、力學(xué)和光學(xué)性能，這使在電子、能源轉(zhuǎn)換和儲(chǔ)存、生物技術(shù)、生化傳感器等領(lǐng)域都具有廣闊的應(yīng)用前景。在實(shí)際應(yīng)用中，石墨烯需要分散在水或者有機(jī)溶劑中，但是由于石墨烯層之間存在較大的范德華力，因而易于團(tuán)聚而難以分散，大大制約了石墨烯的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。
[0003]盡管研究人員嘗試了液相剝離法等多種方法，但所獲石墨烯分散液仍存在各種缺陷，難以滿足實(shí)際應(yīng)用的需求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的主要目的在于提供一種磺化石墨烯-導(dǎo)電高分子分散液，其制備方法與應(yīng)用，以克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足。
[0005]為實(shí)現(xiàn)前述發(fā)明目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案包括:
[0006]在一些實(shí)施例中提供了一種磺化石墨稀-導(dǎo)電高分子分散液，其包含:
[0007]磺化石墨烯，
[0008]導(dǎo)電高分子，
[0009]以及，溶劑，至少用以均勻分散和/或溶解所述分散液中的其余組分而形成均勻分散液。
[0010]在一些優(yōu)選的實(shí)施例中，所述磺化石墨稀的徑向尺寸為0.05 μπι?ΙΟΟμπι，厚度為0.5nm?20nm，其中磺酸基的含量以碳元素與硫元素的摩爾比表示為12:1?3:1。
[0011 ] 在一些優(yōu)選的實(shí)施例中，所述導(dǎo)電高分子至少選自聚吡咯，聚噻吩和聚苯胺中的任意一種或任意一種的衍生物，且不限于此。
[0012]進(jìn)一步的，所述的磺化石墨稀-導(dǎo)電高分子分散液中固含量為lwt%? 10wt%。
[0013]在一些實(shí)施例中，所述溶劑優(yōu)選采用水，但不限于此。
[0014]進(jìn)一步的，所述的磺化石墨烯-導(dǎo)電高分子分散液在溫度為I?10°C的條件下儲(chǔ)存兩年以?xún)?nèi)而無(wú)明顯性狀變化。
[0015]在一些實(shí)施例中還提供了一種制備所述磺化石墨烯-導(dǎo)電高分子分散液的方法，其包括:
[0016]將磺化石墨烯均勻分散于水中后加入氧化劑，在O?25°C下持續(xù)攪拌2?5h，形成含氧化劑的磺化石墨烯分散液；
[0017]將所述含氧化劑的磺化石墨烯分散液在O?5°C下超聲分散0.5?2h，并在保持超聲分散的條件下于保護(hù)性氣氛中向所述含氧化劑的磺化石墨烯分散液內(nèi)緩慢加入導(dǎo)電高分子單體，之后繼續(xù)超聲分散6?48h，獲得磺化石墨稀-導(dǎo)電高分子分散液粗液；
[0018]除去所述磺化石墨烯-導(dǎo)電高分子分散液粗液中的雜質(zhì)離子，并形成固含量為lwt%?1(^1:%的均勾分散液，即為所述磺化石墨稀-導(dǎo)電高分子分散液。
[0019]在一些較為優(yōu)選的實(shí)施例中，所述含氧化劑的磺化石墨烯分散液含有l(wèi)wt%?50wt %磺化石墨稀。
[0020]在一些實(shí)施例中，前述超聲分散的功率可以為100?1500W。
[0021]在一些較為優(yōu)選的實(shí)施例中，所述含氧化劑的磺化石墨烯分散液含有1wt%?50wt %氧化劑。
[0022]其中，所述氧化劑至少可優(yōu)選自過(guò)硫酸銨，過(guò)硫酸鉀，過(guò)硫酸鈉，氯化鐵，硫酸鐵和雙氧中的任意一種或兩種以上的組合，但不限于此。
[0023]其中，所述導(dǎo)電高分子單體至少可優(yōu)選自吡咯，噻吩和苯胺中的任意一種或任意一種的衍生物(參閱“聚苯胺衍生物的制備與性能研究”，張琳，黑龍江大學(xué)碩士學(xué)位論文，2010年6月；“聚吡咯及其共聚物的研究進(jìn)展”，《高分子材料科學(xué)與工程》，2011年7月，第27卷第7期；“導(dǎo)電高分子聚噻吩及其衍生物的研究進(jìn)展”，《材料導(dǎo)報(bào)》，2006年I月第20卷第I期)，但不限于此。
[0024]在一些較為優(yōu)選的實(shí)施例中，所述導(dǎo)電高分子單體與氧化劑的摩爾比為1:1?1:5 ；
[0025]其中，所述保護(hù)性氣氛至少可優(yōu)選采用惰性氣氛。
[0026]在一些較為具體的實(shí)施例中，所述制備方法可以包括:至少選用電滲析和離子交換樹(shù)脂中的任一種除去所述磺化石墨烯-導(dǎo)電高分子分散液粗液中的雜質(zhì)離子。
[0027]例如，在一較為典型的實(shí)施例中，所述制備方法可以包括如下具體步驟:
[0028]將磺化石墨烯均勻分散于水中，并向磺化石墨烯水溶液中加入氧化劑，在O?25°C下攪拌2?5h，形成磺化石墨烯與氧化劑混合的水性分散液；
[0029]在O?5°C下對(duì)磺化石墨烯與氧化劑混合的水性分散液進(jìn)行0.5?2h的超聲分散，在保持超聲的前提下，向有惰性氣氛保護(hù)的所述磺化石墨烯與氧化劑混合的水性分散液加入導(dǎo)電高分子單體，經(jīng)3?8h加完導(dǎo)電高分子單體后，超聲繼續(xù)保持的時(shí)間為6?48h，獲得磺化石墨烯-導(dǎo)電高分子分散液的粗液；
[0030]用電滲析和離子交換樹(shù)脂除去所述磺化石墨烯-導(dǎo)電高分子分散液的粗液中的雜質(zhì)離子，并形成固含量為I %?10 %的均勻分散液，獲得所述磺化石墨烯-導(dǎo)電高分子分散液。
[0031]其中，離子交換樹(shù)脂可依據(jù)雜質(zhì)離子的類(lèi)型而從合適的陰離子交換樹(shù)脂、陽(yáng)離子交換樹(shù)脂中選取，其獲取途徑也是業(yè)界已知的，例如通過(guò)市購(gòu)?fù)緩将@取。而其使用方法等也可以是業(yè)界常用的。
[0032]在一些實(shí)施例中還提供了所述磺化石墨烯-導(dǎo)電高分子分散液的用途，例如在制備薄膜材料或涂層結(jié)構(gòu)中的用途。
[0033]例如，在一些實(shí)施例中提供了一種薄膜或涂層，其由所述的磺化石墨烯-導(dǎo)電高分子分散液經(jīng)成膜工藝形成。
[0034]更為具體的，所述薄膜或涂層可以是由所述的磺化石墨烯-導(dǎo)電高分子分散液經(jīng)旋轉(zhuǎn)涂覆或者浸漬成膜，經(jīng)100?150°C 5-60分鐘固化工藝形成。
[0035]其中，所述薄膜或涂層在膜厚^ 5 μm時(shí)，拉伸強(qiáng)度的最小值大于lOMPa。且其拉伸強(qiáng)度隨著膜厚的增加而逐漸提升。
[0036]其中，所述涂層在選定基底上的附著力在ΙΟΝ/cm以上。所述選定基底至少選自ITO導(dǎo)電玻璃或聚酯膜。
[0037]其中，所述薄膜或涂層在膜厚< 5 μ m時(shí)的可見(jiàn)光透光率最低為85 %。且可見(jiàn)光透過(guò)率隨著膜厚的減小而逐漸提升。
[0038]在一些實(shí)施例中還提供了制備所述薄膜或涂層的方法，其可以包括:采用刮涂、旋涂、噴墨印刷等方式將所述磺化石墨烯-導(dǎo)電高分子分散液涂覆到基材上，之后經(jīng)干燥等工序而形成所述薄膜或涂層。
[0039]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)至少在于:提供的磺化石墨烯-導(dǎo)電高分子分散液具有固含量高(磺化石墨烯含量高)，穩(wěn)定性高，成膜后機(jī)械性能優(yōu)異和透光性好等優(yōu)點(diǎn)，且其制備工藝簡(jiǎn)單，易于操作，可控性好，適于規(guī)?；a(chǎn)。
【具體實(shí)施方式】
[0040]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合若干實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。此外，下面所描述的本發(fā)明各個(gè)實(shí)施方式中所涉及到的技術(shù)特征只要彼此之間未構(gòu)成沖突就可以相互組合，從而構(gòu)成新的或優(yōu)選的技術(shù)方案。限于篇幅，在此不再
累述。
[0041]如下實(shí)施例中述及的各種原料均可以通過(guò)市場(chǎng)途徑獲取，其中一些原料，例如磺化石墨稀(其徑向尺寸為0.05 μ???100 ym，厚度為0.5nm?20nm，其中磺酸基的含量以碳元素與硫元素的摩爾比表示為12:1?3:1)也可依照本領(lǐng)域技術(shù)人員所知悉的合適方式制備(例如參閱CN103539105A等文獻(xiàn))，而涉及的各類(lèi)測(cè)試設(shè)備，均可以選用業(yè)界所知悉和慣用的型號(hào)。
[0042]又及，在如下實(shí)施例之中所采用的各種產(chǎn)品的組成和/或結(jié)構(gòu)參數(shù)、各種反應(yīng)參與物及工藝條件均是較為典型的范例，但經(jīng)過(guò)本案發(fā)明人大量試驗(yàn)驗(yàn)證，于上文所列出的其它不同結(jié)構(gòu)參數(shù)、其它類(lèi)型的反應(yīng)參與物及其它工藝條件也均是適用的，并也均可達(dá)成本發(fā)明所聲稱(chēng)的技術(shù)效果。
[0043]實(shí)施例1本實(shí)施例提供的一種磺化石墨烯-導(dǎo)電高分子分散液包含磺化石墨烯，聚吡咯，和水，其中固含量為lwt%。
[0044]一種制備所述磺化石墨烯-導(dǎo)電高分子分散液的方法可以包括:
[0045]將所述磺化石墨烯均勻分散于水中，并向磺化石墨烯水溶液中加入過(guò)硫酸銨(也可替換為過(guò)硫酸鉀或過(guò)硫酸鈉等)，在0°C下攪拌2h，形成磺化石墨烯與氧化劑混合的水性分散液，其中磺化石墨烯的濃度為lwt%，氧化劑的濃度為10wt% ;
[0046]在0°C下對(duì)磺化石墨烯與氧化劑混合的水性分散液進(jìn)行0.5h的超聲分散，在保持超聲的前提下，向有惰性氣氛保護(hù)的所述磺化石墨烯與氧化劑混合的水性分散液加入吡咯，使吡咯與氧化劑的摩爾比為1:1，經(jīng)3h加完吡咯后，超聲繼續(xù)保持的時(shí)間為6h，獲得磺化石墨烯-聚吡咯分散液的粗液；
[0047]用離子交換樹(shù)脂除去所述磺化石墨烯-聚吡咯分散液的粗液中的雜質(zhì)離子，即獲得所述磺化石墨烯-聚吡咯分散液。