一種石墨烯復合導電粉體及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及石墨烯材料技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種石墨烯復合導電粉體及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]石墨烯(Graphene)是一種由碳原子構(gòu)成的單層片狀結(jié)構(gòu)、只有一個碳原子厚度的二維材料。石墨烯在諸多方面展現(xiàn)出了優(yōu)異的性能，比如石墨烯幾乎是完全透明的，只吸收2.3%的光，其透光性非常好;石墨稀的導熱系數(shù)高達5300W/m.K，高于碳納米管和金剛石；石墨烯常溫下的電子迀移率超過15000cm2/V.s，高于納米碳管和硅晶體;石墨烯的電阻率只有10-6Ω.cm，比銅或銀更低，是目前電阻率最小的材料;此外石墨烯也是目前最薄卻最堅硬的材料。
[0003]目前，可采用多種方法制備石墨烯復合導電粉體，如機械剝離法、氧化-還原法、晶體外延生長法、化學氣相沉積法、有機合成法和剝離碳納米管法等。在上述方法中，氧化-還原法制備石墨烯復合導電粉體的成本低廉且容易實現(xiàn)，是制備石墨烯復合導電粉體的最佳方法。然而，該種方法制備的石墨烯粉體密度小，容易團聚，且石墨烯復合導電粉體的分散性較差，不利于石墨烯復合導電粉體在下游產(chǎn)品中的應用。因此，如何制備一種在下游產(chǎn)品中方便應用的石墨烯復合導電粉體，成為制約石墨烯產(chǎn)業(yè)化的技術(shù)難題。
[0004]申請?zhí)枮?01310200469.5的中國專利公開了一種石墨烯復合導電粉體的制備方法，其將石墨加入到含有氧化劑和插層劑的混合溶液中攪拌均勻，將得到的混合溶液進行超聲處理的同時通入氦氣，形成插層劑和氦分子插層的石墨插層化合物;將得到的石墨插層化合物過濾、洗滌、干燥后在空氣中進行熱處理;將熱處理后的石墨插層化合物分散在有機溶劑中，在持續(xù)通入氦氣的條件下再次進行超聲剝離;將再次超聲剝離后的石墨插層化合物離心、沉淀、過濾、洗滌、烘干，即可得到石墨烯復合導電粉體。
[0005]申請?zhí)枮?01010593157.1的中國專利公開了一種石墨烯復合導電粉體的制備方法，其將氧化石墨均勻剝離成氧化石墨烯懸浮溶液;使制備得到的氧化石墨烯懸浮溶液霧化，以除去所述懸浮溶液中的溶劑得到氧化石墨粉體;在惰性氣氛或還原性氣氛的保護下，將得到的氧化石墨粉體進行無膨脹熱處理，得到石墨烯復合導電粉體。雖然采用該制備方法得到的石墨烯復合導電粉體的團聚程度有所降低、分散性有所提高，但該石墨烯復合導電粉體在溶劑中，仍容易團聚，不易分散，仍然不利于其在下游產(chǎn)品中的應用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明解決的技術(shù)問題在于提供一種在溶劑中容易分散且導電性高的石墨烯復合導電粉體及其制備方法。
[0007]有鑒于此，本申請?zhí)峁┝艘环N石墨烯復合導電粉體，由石墨烯材料與導電炭材料通過氫鍵自組裝得到;所述石墨烯材料表面吸附有多吡啶化合物，所述導電炭材料表面吸附有羧基化合物，所述導電炭材料不包括石墨烯。
[0008]優(yōu)選的，所述石墨稀材料與所述導電炭材料的質(zhì)量比為I: (0.01?10)。
[0009]優(yōu)選的，所述導電炭材料選自碳納米管、碳纖維和導電碳黑中的一種或多種。
[0010]本申請還提供了一種石墨烯復合導電粉體的制備方法，包括以下步驟:
[0011 ]將石墨烯材料、多吡啶化合物與水混合，得到石墨烯水性漿料；
[0012]將導電炭材料、含羧基的化合物與水混合，得到導電炭水性漿料，所述導電炭材料不包括石墨烯；
[0013]將所述石墨烯水性漿料與所述導電炭水性漿料混合，氫鍵自組裝后得到自組裝中間漿料；
[0014]將所述自組裝中間漿料進行干燥，得到石墨烯復合導電粉體。
[0015]優(yōu)選的，所述石墨烯水性漿料中石墨烯材料的質(zhì)量濃度為0.1%?3%;所述導電炭水性漿料中導電炭材料的質(zhì)量濃度為I %?6%。
[0016]優(yōu)選的，所述石墨烯材料與所述多吡啶化合物的質(zhì)量比為1:(0.01?0.5)，所述導電炭材料與所述含羧基的化合物的質(zhì)量比為1:(0.01?I)。
[0017]優(yōu)選的，所述多吡啶化合物選自二吡啶-4胺、二吡啶-3-甲醇、二吡啶-3-丁酮、4，4 ’ -聯(lián)苯_2，2_ 二聯(lián)啦啶、4，4 ’ - 二輕基-3,3 ’ -二聯(lián)啦啶、4-氣-6-苯基-2,4 ’ - 二聯(lián)啦啶、二聯(lián)吡啶4’-(4_甲基苯基)-2，2:6’，2”_三聯(lián)吡啶、2，2’:6’，2〃_三聯(lián)吡啶-4-甲酸、4’-(4_氨基苯基)_2，2’:6’，2_二聯(lián)P比啶、4_聯(lián)二苯基_2，2’:6’，2”-二聯(lián)P比啶、4-氣-二聯(lián)P比啶、4’-(4-甲基苯基)-2，2:6 ’，2” -三聯(lián)吡啶和4-(4-甲氧基苯基)-2,2:6,2-三聯(lián)吡啶中的一種或多種;所述含羧基的化合物選自聚丙烯酸、3，5_二硝基苯甲酸、對甲氧基苯甲酸、4，4’_二苯醚二甲酸、2，2_ 二苯基乙酸、2，4，5_三甲氧基苯甲酸、3，4_ 二甲氧基苯甲酸和鄰苯二甲酸中的一種或多種。
[0018]優(yōu)選的，所述導電炭材料選自碳納米管、碳纖維與導電碳黑中的一種或多種。
[0019]優(yōu)選的，所述石墨稀材料與所述導電炭材料的質(zhì)量比為I: (0.1?10)。
[0020]優(yōu)選的，得到自組裝中間漿料的過程中，還可以加入產(chǎn)氣劑與石墨烯水性漿料、導電炭水性漿料混合;所述產(chǎn)氣劑選自碳酸銨、碳酸氫銨、氨水、硫酸銨、亞硫酸銨、草酸銨和草酸中的一種或多種;所述產(chǎn)氣劑與所述石墨烯水性漿料中石墨烯材料的質(zhì)量比為1: (I?20)。
[0021 ]本發(fā)明提供了一種石墨烯復合導電粉體，其由石墨烯材料與導電炭材料通過氫鍵自組裝得到;所述石墨烯材料表面吸附有多吡啶化合物，所述導電炭材料表面吸附有羧基化合物，所述導電炭材料不包括石墨稀O在石墨稀復合導電粉體中，石墨稀材料表面均勾覆蓋有導電炭材料，使得相鄰的石墨烯材料之間均有導電炭材料形成阻隔。本申請?zhí)峁┑氖秃蠈щ姺垠w在溶劑中分散時，在外界作用力(如剪切力作用)下，由石墨烯/導電炭復合材料的基本組成單元能夠更容易在溶劑中分散開；當外界作用力繼續(xù)增大時，石墨烯/導電炭復合材料的基本組成單元又會進一步解體，得到分散程度更高的石墨稀復合導電劑。由于該石墨烯復合導電粉體與其它體系具有很好的相容性和分散性，極大的擴展了該石墨烯復合導電粉體在下游產(chǎn)品中應用的領(lǐng)域，成功解決了石墨烯復合導電粉體的產(chǎn)業(yè)應用問題。本發(fā)明還提供了一種石墨烯復合導電粉體的制備方法，該方法簡單易行，適用于產(chǎn)業(yè)化應用。
【附圖說明】
[0022]圖1為實施例1制備的石墨烯復合導電粉體的掃描電鏡照片；
[0023 ]圖2為實施例1制備的石墨烯粉體材料在N-甲基吡咯烷酮溶液中以5m/ s的線速度剪切分散后的掃描電鏡照片；
[0024]圖3為實施例1制備的石墨烯粉體材料在N-甲基吡咯烷酮溶液中以15m/s的線速度剪切分散后的掃描電鏡照片。
【具體實施方式】
[0025]為了進一步理解本發(fā)明，下面結(jié)合實施例對本發(fā)明優(yōu)選實施方案進行描述，但是應當理解，這些描述只是為進一步說明本發(fā)明的特征和優(yōu)點，而不是對本發(fā)明權(quán)利要求的限制。
[0026]本發(fā)明實施例公開了一種石墨烯復合導電粉體，由石墨烯材料與導電炭材料通過氫鍵自組裝得到;所述石墨烯材料表面吸附有多吡啶化合物，所述導電炭材料表面吸附有羧基化合物，所述導電炭材料不包括石墨烯。
[0027]本申請?zhí)峁┑氖秃蠈щ姺垠w是通過氫鍵自組裝的方式復合而成，石墨烯材料表面均勻覆蓋有其它導電材料，使得相鄰的石墨烯材料之間有其他導電炭形成阻隔，而有利于提高石墨烯復合導電粉體的分散性。
[0028]本申請所述石墨烯材料的結(jié)構(gòu)不進行特別的限制，其可以包括石墨烯納米片、石墨烯微米片、石墨烯納米帶、少層石墨烯(2-5層)、多層石墨烯(2-9層)、石墨烯量子點、化學改性石墨烯(氧化石墨烯、還原氧化石墨烯)以及這些石墨烯類材料的衍生物)。所述石墨烯材料的定義可參見文南犬“All in the graphene family-A recommended nomenclaturefor two-dimens1nal carbon materials”。所述石墨稀材料還可以選自厚度< 20nm，更優(yōu)選地，厚度< 1nm的材料。在本實施例中，該石墨稀材料的厚度優(yōu)選< 3nm，石墨稀材料越薄，柔韌性越好，越容易加工。所述石墨烯材料的制備方法不限，采用本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的石墨烯產(chǎn)品或常規(guī)的制備方法制備即可。本發(fā)明的石墨烯材料優(yōu)選寧波墨西科技有限公司提供的石墨稀產(chǎn)品。石墨稀材料可以選自化學氧化法如B r ο d i e法、H u m m e r s法或Staudenmaier法中的任意一種方法制備的氧化石墨稀經(jīng)熱膨脹制得的石墨稀材料，也可以選用機械剝離、液相剝離或電化學剝離制備石墨烯材料，同樣本發(fā)明也可以使用氧化石墨烯或其他經(jīng)化學改性的石墨烯材料。
[0029]所述導電炭材料不包括石墨烯，優(yōu)選選自碳納米管、碳纖維和導電碳黑中的一種或多種。
[0030]本申請所述石墨烯材料與導電炭材料發(fā)生氫鍵自組裝是由于石墨烯表面吸附有多吡啶化合物，導電炭材料表面吸附有羧