一種氧化石墨烯/聚偏氟乙烯復(fù)合薄膜的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于電介質(zhì)材料技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種氧化石墨烯/聚偏氟乙烯復(fù)合薄膜的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，隨著微電子器件以及納米電子器件的發(fā)展，如何開發(fā)性能穩(wěn)定可靠，且可再生更環(huán)保、更輕便的新型材料逐步引起人們的重視，部分新型納米材料已經(jīng)成為人們?nèi)粘Ｉ钏貍涞牟牧?。其中，一類具有?yōu)秀鐵電性能的高分子功能材料一一電介質(zhì)材料走入了人們的視野，這類功能材料可用作埋入式電容器、儲(chǔ)能電容器、傳感器、微波電器等，其研究重點(diǎn)主要集中于壓電性介電性及在電容器、傳感器中的應(yīng)用。
[0003]電介質(zhì)材料的儲(chǔ)能性能在很大程度上決定了電容器的儲(chǔ)能性能。傳統(tǒng)無機(jī)高分子介電材料鐵電陶瓷材料，如鈦酸鋇、鈦酸鉛等，這類材料由于自身介電損耗大，擊穿電壓和電阻較低，限制了其在能源儲(chǔ)備方面的發(fā)展。相比之下，有機(jī)高分子材料以其高擊穿電壓(100-900KV/mm)和低介電損耗(10_4)及良好的加工性能等優(yōu)勢(shì)，引起了越來越多的關(guān)注。常見有機(jī)高分子介電材料有聚乙烯、聚丙烯、聚偏氟乙烯、環(huán)氧樹脂等，這類材料質(zhì)量輕、柔韌性好，被廣泛用于電容器、傳感器、人工肌肉等各個(gè)方面，但其介電常數(shù)與無機(jī)高分子介電材料相比卻普遍較低。因此，單一的電介質(zhì)材料無法滿足工業(yè)化生產(chǎn)要求，制備高介電性能復(fù)合材料具有重要意義。
[0004]聚偏氟乙烯(PVDF)是一種具有高鐵電性能的聚合物，為了改善PVDF壓電常數(shù)低、介電常數(shù)低等不足之處，相關(guān)研究人員將PVDF與不同的高分子聚合物進(jìn)行復(fù)合，所制備的復(fù)合材料不僅擴(kuò)大了其應(yīng)用范圍，提高了壓電、介電性，且改善了材料的綜合性能，滿足了不同元器件的需求。近年來，Layek等人制備了聚甲基丙烯酸甲酯接枝的石墨烯/聚偏氟乙烯復(fù)合薄膜，F(xiàn)TIR分析發(fā)現(xiàn)，石墨烯的添加促進(jìn)了 PVDF的β相晶型形成，且其熱穩(wěn)定性相比PVDF單體薄膜有所增強(qiáng)。Μ.EI Achaby等人使用溶液流延法制備了氧化石墨烯/聚偏氟乙烯(G0/PVDF)復(fù)合薄膜，當(dāng)GO含量為0.1wt.%時(shí)，F(xiàn)TIR和XRD衍射顯示，PVDF結(jié)構(gòu)中存在大量β相結(jié)晶。制備G0/PVDF復(fù)合薄膜的方法使得工業(yè)上大批量制備壓電式PVDF復(fù)合薄膜成為可能。
[0005]然而，G0/PVDF復(fù)合薄膜制備過程中GO在PVDF基體中分散不均勻，兩種材料共混會(huì)造成微觀結(jié)構(gòu)缺陷等問題，復(fù)合薄膜的介電性能受到制約?，F(xiàn)有研究僅針對(duì)GO的含量研究了不同復(fù)合薄膜的性能，沒有對(duì)薄膜成型過程中所用到的溶劑對(duì)復(fù)合薄膜的性能的影響做相應(yīng)的研究，也沒有針對(duì)GO在PVDF基體中的分散問題進(jìn)行研究。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是提供一種氧化石墨烯/聚偏氟乙烯復(fù)合薄膜的制備方法，采用去離子水/N，N-二甲基甲酰胺(DMF)共溶劑法，解決了現(xiàn)有制備方法中氧化石墨烯在聚偏氟乙烯基體中分散不均勻?qū)е卤∧の⒂^結(jié)構(gòu)有缺陷等問題。
[0007]本發(fā)明采用的技術(shù)方案是，一種氧化石墨烯/聚偏氟乙烯復(fù)合薄膜的制備方法，包括以下步驟:
[0008]步驟I，配置溶液:
[0009]將片狀GO加入DMF中，配置成GO質(zhì)量百分比為0.01 % -0.02%的G0/DMF懸浮液，對(duì)G0/DMF懸浮液進(jìn)行超聲分散；將PVDF粉末溶解于DMF中，配置成PVDF質(zhì)量百分比為2.50% -3.00% 的 PVDF/DMF 溶液。
[0010]步驟2，共溶劑法制備G0/PVDF混合溶液:
[0011 ] 按照去離子水與G0/DMF懸浮液的體積比為1:5?6的比例，將去離子水與G0/DMF懸浮液混合，得到混合液a，對(duì)混合液a進(jìn)行超聲分散；再按照混合液a與PVDF/DMF溶液的體積比為1:3?3.5的比例，將PVDF/DMF溶液與混合液a混合，得到混合液b，混勻后對(duì)混合液b進(jìn)行超聲分散；
[0012]步驟3，聚合物薄膜的制備:
[0013]將步驟2分散好的混合液b澆注于玻璃基片上，置于真空烘箱中烘干后，將真空烘箱內(nèi)的溫度降低至室溫，取出玻璃基片，將玻璃基片上得到的聚合物薄膜剝離下來，得到G0/PVDF復(fù)合薄膜。
[0014]本發(fā)明還具有以下特點(diǎn):
[0015]優(yōu)選地，步驟I中片狀GO為厚度0.8-1.2um、單層比率> 99%、純度> 99%的G0。
[0016]優(yōu)選地，步驟I中的超聲分散具體為:在溫度55-65°C、功率140-160W條件下超聲分散5-6h。
[0017]優(yōu)選地，步驟2中的對(duì)混合液a超聲分散具體為:在溫度35_45°C、功率140-160W條件下超聲分散l_2h。
[0018]優(yōu)選地，步驟2中的對(duì)混合液b超聲分散具體為:在溫度35-45°C、功率140-160W條件下超聲并機(jī)械攪拌分散l_2h。
[0019]優(yōu)選地，步驟3中的烘干溫度為110_120°C。
[0020]優(yōu)選地，步驟3中的真空烘箱內(nèi)的溫度降低為每隔15-30min將真空烘箱內(nèi)溫度降低 10C0
[0021]本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明的氧化石墨烯/聚偏氟乙烯復(fù)合薄膜的制備方法是將一定量的去離子水混入G0/DMF溶液中，以去離子水與DMF作為混合溶劑，采用共溶劑法進(jìn)行了 G0/PVDF復(fù)合薄膜的制備。去離子水的添加在G0/PVDF復(fù)合薄膜的制備過程中會(huì)更大程度的抑制PVDF聚合物的α相和γ相結(jié)晶，進(jìn)而更有利于β相結(jié)構(gòu)結(jié)晶，同時(shí)，使得GO在PVDF基體中的分散更加均勻，薄膜的斷裂表面相對(duì)更為平整，在一定程度上改善了兩種材料共混所造成的微觀結(jié)構(gòu)上的缺陷。這些改善最終對(duì)復(fù)合薄膜的介電性能產(chǎn)生了一定程度的提高，介電常數(shù)得到了一定的提高。
【附圖說明】
[0022]圖1是本發(fā)明的G0/PVDF復(fù)合薄膜與DMF溶劑法制備的G0/PVDF復(fù)合薄膜的XRD曲線對(duì)比圖；
[0023]圖2是DMF溶劑法制備出G0/PVDF復(fù)合薄膜的掃描電鏡圖；
[0024]圖3是本發(fā)明的G0/PVDF復(fù)合薄膜的掃描電鏡圖；
[0025]圖4是本發(fā)明的G0/PVDF復(fù)合薄膜與DMF溶劑法制備的G0/PVDF復(fù)合薄膜在不同頻率下的介電常數(shù)對(duì)比圖。
【具體實(shí)施方式】
[0026]下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0027]本發(fā)明提供了一種氧化石墨烯/聚偏氟乙烯復(fù)合薄膜的制備方法，為去離子水/DMF共溶劑法看，具體包括以下步驟:
[0028]步驟I，配置溶液:
[0029]將片狀GO加入DMF中，配置成GO質(zhì)量百分比為0.01 % -0.02%的G0/DMF懸浮液，對(duì)G0/DMF懸浮液進(jìn)行超聲分散；將PVDF粉末溶解于DMF中，配置成PVDF質(zhì)量百分比為
2.50% -3.00% 的 PVDF/DMF 溶液；
[0030]步驟2，共溶劑法制備G0/PVDF混合溶液:
[0031 ] 按照去離子水與G0/DMF懸浮液的體積比為1:5?6的比例，將去離子水與G0/DMF懸浮液混合，得到混合液a，對(duì)混合液a進(jìn)行超聲分散；再按照混合液a與PVDF/DMF溶液的體積比為1:3?3.5的比例，將PVDF/DMF溶液與混合液a混合，得到混合液b，混勻后對(duì)混合液b進(jìn)行超聲分散；
[0032]步驟3，聚合物薄膜的制備:
[0033]將步驟2分散好的混合液b澆注于玻璃基片上，置于真空烘箱中烘干后，將真空烘箱內(nèi)的溫度降低至室溫，取出玻璃基片，將玻璃基片上得到的聚合物薄膜剝離下來，得到G0/PVDF復(fù)合薄膜。
[0034]其中，優(yōu)選地，步驟I中片狀GO為厚度0.8-1.2um、單層比率> 99 %且純度> 99 %的GO0
[0035]優(yōu)選地，步驟I中的超聲分散具體為:在溫度55-65°C、功率140-160W條件下超聲分散5-6h。
[0036]優(yōu)選地，步驟2中的對(duì)混合液a超聲分散具體為:在溫度35_45°C、功率140-160W條件下超聲分散l_2h。
[0037]優(yōu)選地，步驟2中的對(duì)混合液b超聲分散具體為:在溫度35_45°C、功率140-160W條件下超聲并機(jī)械攪拌分散l_2h。在對(duì)混合液b超聲分散時(shí)可加入機(jī)械攪拌同時(shí)進(jìn)行，提高分散均勻程度。
[0038]優(yōu)選地，步驟3中的烘干溫度為110_120°C。
[0039]優(yōu)選地，步驟3中的真空烘箱內(nèi)的溫度降低為每隔15-30min將真空烘箱內(nèi)溫度降低 10Co
[0040]實(shí)施例1
[0041 ] 制備一種G0/PVDF復(fù)合薄膜，制備方法如下:
[0042]步驟I，配置溶液:
[0043]將0.0lg厚度0.8-1.2um、單層比率>99%、純度>99%的GO粉末加入10mL DMF中，配置成GO質(zhì)量百分比為0.01 %的G0/DMF懸浮液，在溫度55°C、功率160W條件下對(duì)GO/DMF懸浮液超聲分散5h。將0.999g PVDF粉末溶解于40mLDMF中，配置成PVDF質(zhì)量百分比為 2.50% 的 PVDF/DMF 溶液。
[0044]步驟2，共溶劑法制備G0/PVDF混合溶液:
[0045]按照去離子水與G0/