本發(fā)明屬于材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種氧化石墨烯納米片層增強(qiáng)聚乙烯醇復(fù)合材料的制備方法。

背景技術(shù)：

石墨烯的制備一直是科學(xué)界以及工業(yè)界的一個熱點(diǎn)及難點(diǎn)課題。盡管許多方法已經(jīng)成功地制備了石墨烯，各種方法都有自己的優(yōu)勢，但也存在著一定的缺點(diǎn)。比如，機(jī)械剝離法能制備出結(jié)構(gòu)最完整的石墨烯片層，但是太耗時耗力；化學(xué)氣相沉積法（CVD）能制備高質(zhì)量的石墨烯薄膜，但是這種方法對設(shè)備要求高，成本較高；液相超聲剝離具有操作簡單，方便的優(yōu)點(diǎn)，但是對溶劑的選擇依賴性較大。而且這些方法還有一個共同的缺點(diǎn)，就是不能大規(guī)模的制備石墨烯。目前最有可能率先對石墨烯進(jìn)行大規(guī)模生產(chǎn)的方法為還原氧化石墨烯納米片層（GONS）的方法，因此氧化石墨（GO）又重新引起了研究者們的廣泛興趣。

GO是石墨的一種氧化衍生物，由石墨在強(qiáng)酸及強(qiáng)氧化劑中氧化而得。經(jīng)過氧化之后，石墨的物理化學(xué)性能發(fā)生了很大程度的改變，大量親水基團(tuán)，如，羥基、環(huán)氧、羰基、羧基等基團(tuán)被引入GO中。這些基團(tuán)使GO層間距變大，同時克服了石墨中范德華力的作用，使GO在水中很容易剝離為單層或少層的GONS。雖然GO由于共軛結(jié)構(gòu)的破壞而不導(dǎo)電，但是經(jīng)過還原之后能部分恢復(fù)原始石墨的導(dǎo)電性。與機(jī)械剝離，CVD等方法相比，這種方法具有成本低、產(chǎn)率高的優(yōu)點(diǎn)，因此，目前對GO的研究主要是集中在以GO為前驅(qū)體制備石墨烯上。實(shí)際上，GO本身也是一種用途廣泛的納米材料，比如在氣體吸收、催化或者阻燃方面的應(yīng)用。同時，GO剝離之后，GONS也能作為一種優(yōu)良的納米填料制備聚合物復(fù)合材料。最近，GONS也被報道可以用作分散劑對碳納米管（CNT）或富勒烯（C60）等在水中進(jìn)行分散。

目前制備GO主要有Brodie法、Staudenmaier法和Hummers法等幾種方法，研究者們在用這幾種方法制備GO時，為了使石墨完全氧化達(dá)到完全剝離的目的，而經(jīng)常采用過量的氧化劑對石墨進(jìn)行處理。這樣雖然能使GONS在水中完全剝離并分散，但是過量的氧化不可避免的會對石墨烯造成結(jié)構(gòu)上的缺陷，比如起皺、裂紋，或者空洞等，這些缺陷將影響GONS的機(jī)械強(qiáng)度。雖然這些GONS的楊氏模量仍然能達(dá)到250GPa，但是要想在高性能聚合物復(fù)合材料等應(yīng)用中得到更好的性能，就要制備出缺陷更少，本身性能更出色的GONS。另外，高度氧化或者缺陷較多的GONS也不利于制備高質(zhì)量的石墨烯，因?yàn)榧词购趸鶊F(tuán)能大部分被還原劑除去，結(jié)構(gòu)上的缺陷卻會繼續(xù)留在還原的GONS當(dāng)中。

綜上所述，如果能制備出氧化程度較小且缺陷較少的GO，就能剝離出高質(zhì)量的GONS，從而提高GONS在實(shí)際應(yīng)用中的性能。事實(shí)上，在此前的報道中，一些課題組已經(jīng)試圖通過改變氧化過程中的一些步驟來調(diào)節(jié)GO的參數(shù)，比如，Lee等人用Brodie和Staudenmaier制備GO時改變氧化時間的長短，發(fā)現(xiàn)能改變GO中sp3碳與sp2碳的比例；Jeong等人同樣通過調(diào)節(jié)Brodie法制備GO的氧化時間，制備了氧化程度較小的GO。但這些報道中并沒有研究GO的剝離行為，也沒有對剝離之后的GONS進(jìn)行表征，同時這些方法制備GO的時間相對較長，不利于實(shí)際生產(chǎn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對上述問題，本發(fā)明旨在提供一種氧化石墨烯納米片層增強(qiáng)聚乙烯醇復(fù)合材料的制備方法。

一種氧化石墨烯納米片層增強(qiáng)聚乙烯醇復(fù)合材料的制備方法，步驟如下：

（1）在三口燒瓶中加入50ml濃硫酸和0.5g石墨粉，攪拌均勻，在冰水浴中冷卻到0°C，隨后緩慢加入0.5-1.5g的高錳酸鉀，緩慢升溫到35°C，反應(yīng)2小時后，再緩慢升溫至70°C，反應(yīng)半小時，直到高錳酸鉀消耗完全，得到低氧化程度的氧化石墨，反應(yīng)完成后，倒入大量冰水中，離心沉降，隨后用10%的鹽酸水溶液洗滌6次，去離子水洗滌三次，離心收集產(chǎn)物，最后真空烘箱中60°C烘干，得到低氧化度氧化石墨；

（2）將氧化石墨在10ml去離子水中超聲分散1小時，然后在 4000 轉(zhuǎn)/分的轉(zhuǎn)速下離心30分鐘，除去未剝離的氧化石墨，得到氧化石墨烯納米片層水溶液，隨后在氧化石墨烯納米片層水溶液中加入1g 聚乙烯醇，90°C 攪拌至溶解，然后將均勻的混合溶液倒在平坦的基底上，60°C 下烘干直到質(zhì)量恒定，得到聚乙烯醇/氧化石墨復(fù)合材料薄膜。

本發(fā)明中，我們用改進(jìn)的Hummers法制備了低氧化程度的氧化石墨，因?yàn)檫@種方法相對于Brodie法和Staudenmaier法來說效率更高，同時制備過程中不會有有毒氣體放出。由于高錳酸鉀與石墨較快的反應(yīng)速度，我們采用的是通過改變氧化劑的用量的手段，來達(dá)到使氧化石墨低氧化程度的目的，并使用該低氧化程度的石墨制備了增強(qiáng)聚乙烯醇復(fù)合材料，材料的物理性能大大提高。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合具體實(shí)施例對本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說明。

實(shí)施例1

（1）一種氧化石墨烯納米片層增強(qiáng)聚乙烯醇復(fù)合材料的制備方法，步驟如下：在三口燒瓶中加入50ml濃硫酸和0.5g石墨粉，攪拌均勻，在冰水浴中冷卻到0°C，隨后緩慢加入0.5g的高錳酸鉀，緩慢升溫到35°C，反應(yīng)2小時后，再緩慢升溫至70°C，反應(yīng)半小時，直到高錳酸鉀消耗完全，得到低氧化程度的氧化石墨，反應(yīng)完成后，倒入大量冰水中，離心沉降，隨后用10%的鹽酸水溶液洗滌6次，去離子水洗滌三次，離心收集產(chǎn)物，最后真空烘箱中60°C烘干，得到低氧化度氧化石墨。

（2）將氧化石墨在10ml去離子水中超聲分散1小時，然后在 4000 轉(zhuǎn)/分的轉(zhuǎn)速下離心30分鐘，除去未剝離的氧化石墨，得到氧化石墨烯納米片層水溶液，隨后在氧化石墨烯納米片層水溶液中加入1g 聚乙烯醇，90°C 攪拌至溶解，然后將均勻的混合溶液倒在平坦的基底上，60°C 下烘干直到質(zhì)量恒定，得到聚乙烯醇/氧化石墨復(fù)合材料薄膜。

實(shí)施例2

（1）一種氧化石墨烯納米片層增強(qiáng)聚乙烯醇復(fù)合材料的制備方法，步驟如下：在三口燒瓶中加入50ml濃硫酸和0.5g石墨粉，攪拌均勻，在冰水浴中冷卻到0°C，隨后緩慢加入1.0g的高錳酸鉀，緩慢升溫到35°C，反應(yīng)2小時后，再緩慢升溫至70°C，反應(yīng)半小時，直到高錳酸鉀消耗完全，得到低氧化程度的氧化石墨，反應(yīng)完成后，倒入大量冰水中，離心沉降，隨后用10%的鹽酸水溶液洗滌6次，去離子水洗滌三次，離心收集產(chǎn)物，最后真空烘箱中60°C烘干，得到低氧化度氧化石墨。

（2）將氧化石墨在10ml去離子水中超聲分散1小時，然后在 4000 轉(zhuǎn)/分的轉(zhuǎn)速下離心30分鐘，除去未剝離的氧化石墨，得到氧化石墨烯納米片層水溶液，隨后在氧化石墨烯納米片層水溶液中加入1g 聚乙烯醇，90°C 攪拌至溶解，然后將均勻的混合溶液倒在平坦的基底上，60°C 下烘干直到質(zhì)量恒定，得到聚乙烯醇/氧化石墨復(fù)合材料薄膜。

實(shí)施例3

（1）一種氧化石墨烯納米片層增強(qiáng)聚乙烯醇復(fù)合材料的制備方法，步驟如下：在三口燒瓶中加入50ml濃硫酸和0.5g石墨粉，攪拌均勻，在冰水浴中冷卻到0°C，隨后緩慢加入1.5g的高錳酸鉀，緩慢升溫到35°C，反應(yīng)2小時后，再緩慢升溫至70°C，反應(yīng)半小時，直到高錳酸鉀消耗完全，得到低氧化程度的氧化石墨，反應(yīng)完成后，倒入大量冰水中，離心沉降，隨后用10%的鹽酸水溶液洗滌6次，去離子水洗滌三次，離心收集產(chǎn)物，最后真空烘箱中60°C烘干，得到低氧化度氧化石墨。

（2）將氧化石墨在10ml去離子水中超聲分散1小時，然后在 4000 轉(zhuǎn)/分的轉(zhuǎn)速下離心30分鐘，除去未剝離的氧化石墨，得到氧化石墨烯納米片層水溶液，隨后在氧化石墨烯納米片層水溶液中加入1g 聚乙烯醇，90°C 攪拌至溶解，然后將均勻的混合溶液倒在平坦的基底上，60°C 下烘干直到質(zhì)量恒定，得到聚乙烯醇/氧化石墨復(fù)合材料薄膜。