本發(fā)明屬于納米石墨烯材料領(lǐng)域，尤其是涉及一種石墨烯分散液的制備方法。

背景技術(shù)：

石墨烯納米材料是目前世界上最薄也是最堅(jiān)硬的材料，具有優(yōu)良的導(dǎo)熱性能和導(dǎo)電性能，其導(dǎo)熱系數(shù)高于金剛石，電阻率比銅還低。但是石墨烯由于比表面積大，易于團(tuán)聚，嚴(yán)重影響其性能。如何在應(yīng)用時(shí)保持石墨烯有效的分散是目前亟待需要解決的難題。

石墨烯經(jīng)過強(qiáng)還原后表面呈現(xiàn)惰性狀態(tài)，化學(xué)穩(wěn)定性高，與其它助劑的相互作用弱，并且石墨烯片層之間的范德華力強(qiáng)而容易發(fā)生團(tuán)聚。目前石墨烯如何高效分散是石墨烯應(yīng)用中的關(guān)鍵技術(shù)之一。

目前石墨烯的分散大多是通過添加一些簡(jiǎn)單的表面活性劑進(jìn)行分散，分散效果差，分散的石墨烯分散液的濃度低，并且存儲(chǔ)穩(wěn)定也很差，這就嚴(yán)重限制它的應(yīng)用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明目的是：提供一種石墨烯分散液的制備方法，通過靜電相互作用和π-π電子相互作用的理念設(shè)計(jì)分散劑，制備的石墨烯分散液濃度高、儲(chǔ)存穩(wěn)定、導(dǎo)電性能良好，可應(yīng)用于導(dǎo)電材料、抗靜電材料、電磁屏蔽材料以及鋰離子電池的電極材料。

本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種石墨烯分散液的制備方法，具體包括以下步驟：

步驟1)將反應(yīng)單體、引發(fā)劑、溶劑1加入到反應(yīng)容器中，在攪拌狀態(tài)下反應(yīng)，反應(yīng)溫度為110℃，反應(yīng)結(jié)束后減壓蒸餾除去溶劑1，晾干后得到線形聚合物；

步驟2)取上述線形聚合物加入反應(yīng)容器中，倒入溶劑2溶解，在攪拌狀態(tài)下向反應(yīng)容器中緩慢滴加的n-甲基咪唑反應(yīng)，并持續(xù)加熱至90℃，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下反應(yīng)，反應(yīng)結(jié)束后減壓蒸餾除去溶劑2，得到淡黃色固體即為石墨烯分散劑；

步驟3)稱取上述石墨烯分散劑溶于溶劑3中，再加入石墨烯粉末，混合震蕩均勻，然后進(jìn)行超聲分散，分散結(jié)束后進(jìn)行離心(離心轉(zhuǎn)速500-4000rpm)處理，最后取上層清液即為石墨烯分散液(石墨烯分散液的濃度1-5mg/ml)。

作為優(yōu)選的技術(shù)方案，步驟1)中所述反應(yīng)單體為苯乙烯、羥基丙烯酸酯、丙烯酸丁酯、4-乙烯基卞氯的混合物，其中羥基丙烯酸酯為丙烯酸羥乙酯、丙烯酸羥丙酯、甲基丙烯酸羥乙酯和甲基丙烯酸羥丙酯中的一種；按重量百分比計(jì)：苯乙烯占反應(yīng)單體總質(zhì)量的30％-50％；羥基丙烯酸酯占反應(yīng)單體總質(zhì)量的10％-20％；丙烯酸丁酯占反應(yīng)單體總質(zhì)量的10％-30％；4-乙烯基卞氯占反應(yīng)單體總質(zhì)量的5％-15％。

作為優(yōu)選的技術(shù)方案，步驟1)中所述引發(fā)劑為偶氮二異丁腈、偶氮而異庚腈、偶氮而異戊腈中的一種，且引發(fā)劑占反應(yīng)單體總質(zhì)量的1.5％-2％。

作為優(yōu)選的技術(shù)方案，步驟1)中所述溶劑1為甲苯、二甲苯、dmf、苯甲醚中的一種，溶劑1占反應(yīng)單體總質(zhì)量的50％-70％。

作為優(yōu)選的技術(shù)方案，步驟1)中所述線形聚合物的分子量在10000-15000之間。

作為優(yōu)選的技術(shù)方案，步驟2)中所述線形聚合物中cl原子和n-甲基咪唑的摩爾數(shù)之比為0.5～1。

作為優(yōu)選的技術(shù)方案，步驟2)中所述溶劑2為n,n-二甲基甲酰胺。

作為優(yōu)選的技術(shù)方案，步驟3)中所述溶劑3為二甲苯：丁醇＝2:8的混合溶劑、n，n-二甲基甲酰胺、n-甲基吡咯烷酮、丙酮、四氫呋喃中的一種。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是：

1.本發(fā)明石墨烯分散液的制備方法，通過靜電相互作用和π-π電子相互作用的理念設(shè)計(jì)分散劑，制備的石墨烯分散液濃度高、儲(chǔ)存穩(wěn)定、導(dǎo)電性能良好，可應(yīng)用于導(dǎo)電材料、抗靜電材料、電磁屏蔽材料以及鋰離子電池的電極材料。

附圖說明

下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述：

圖1為石墨烯分散液中石墨烯的透射電鏡圖譜1；

圖2為石墨烯分散液中石墨烯的透射電鏡圖譜2；

圖3為石墨烯分散液的紫外-可見光譜圖；

圖4為實(shí)施例1、實(shí)施列2中線形聚合物的gpc曲線。

具體實(shí)施方式

實(shí)施例1

1)理論數(shù)均分子量為15000的線形聚合物的合成：

稱取苯乙烯30g、丙烯酸羥乙酯10g、4-乙烯基卞氯5g、丙烯酸丁酯10g、溶劑甲苯55g加入到四口燒瓶中，然后在燒杯中稱取苯乙烯20g、丙烯酸羥乙酯10g、4-乙烯基卞氯5g、丙烯酸丁酯10g、溶劑甲苯45g、引發(fā)劑偶氮二異丁氰(aibn)1.0786g，磁力攪拌待引發(fā)劑完全溶解裝入恒壓滴液漏斗中，在溫度達(dá)到100℃時(shí)開始滴加，保證二小時(shí)內(nèi)滴完，滴完后將溫度設(shè)為110℃，反應(yīng)6h，轉(zhuǎn)化率達(dá)到90％以上，結(jié)束反應(yīng)。反應(yīng)結(jié)束后進(jìn)行減壓蒸餾除去溶劑，得到淡黃色液體，倒在四氟乙烯板上晾干，得到淡黃色固體，即為線形聚合物。

進(jìn)行凝膠滲透色譜(gpc)測(cè)試，得到實(shí)際數(shù)均分子量mn＝12100，重均分子量mw＝16500,分子量分布pdi＝1.36。

2)石墨烯分散劑的合成：

取上述線形聚合物10g加入到裝有磁力轉(zhuǎn)子的三口燒瓶中，加入30gn,n-二甲基甲酰胺(dmf)充分溶解，在攪拌狀態(tài)下加入1.013gn-甲基咪唑(摩爾比mim/cl＝1.5)，并持續(xù)加熱至90℃反應(yīng)4天，反應(yīng)在氮?dú)獗Ｗo(hù)下進(jìn)行。反應(yīng)結(jié)束后，進(jìn)行減壓蒸餾除去溶劑dmf，在烘箱中100℃的真空烘箱中烘干2天，得到暗黃色固體，即為產(chǎn)物石墨烯分散劑。

石墨烯分散劑的合成路線如下：

實(shí)施例2

1)理論數(shù)均分子量為10000的線形聚合物的合成：

稱取苯乙烯30g、丙烯酸羥乙酯10g、4-乙烯基卞氯5g、丙烯酸丁酯10g、溶劑甲苯55g加入到四口燒瓶中，然后在燒杯中稱取苯乙烯20g、丙烯酸羥乙酯10g、4-乙烯基卞氯5g、丙烯酸丁酯10g、溶劑甲苯45g、引發(fā)劑偶氮二異丁氰(aibn)1.617g，磁力攪拌待引發(fā)劑完全溶解裝入恒壓滴液漏斗中，在溫度達(dá)到100℃時(shí)開始滴加，保證二小時(shí)內(nèi)滴完，滴完后將溫度設(shè)為110℃，反應(yīng)6h，轉(zhuǎn)化率達(dá)到90％以上，結(jié)束反應(yīng)。反應(yīng)結(jié)束后進(jìn)行減壓蒸餾出去溶劑，得到淡黃色液體，倒在四氟乙烯板上晾干，得到淡黃色固體，即為線形聚合物。

進(jìn)行凝膠滲透色譜(gpc)測(cè)試，得到實(shí)際數(shù)均分子量mn＝8800，重均分子量mw＝12600,分子量分布pdi＝1.43。

2)石墨烯分散劑的合成：

取上述線形聚合物10g加入到裝有磁力轉(zhuǎn)子的三口燒瓶中，加入30gn,n-二甲基甲酰胺(dmf)充分溶解，在攪拌狀態(tài)下加入1.24gn-甲基咪唑(摩爾比mim/cl＝2)，并持續(xù)加熱至90℃反應(yīng)4天，反應(yīng)在氮?dú)獗Ｗo(hù)下進(jìn)行。反應(yīng)結(jié)束后，進(jìn)行減壓蒸餾出去溶劑dmf，在烘箱中100℃的真空烘箱中烘干2天，得到暗黃色固體，即為產(chǎn)物石墨烯分散劑。

實(shí)施例3

石墨烯分散液的制備：

石墨烯購(gòu)自北京碳世紀(jì)科技有限公司，稱取上述石墨烯分散劑5mg，溶劑10g(二甲苯：丁醇＝2:8)，待石墨烯分散劑完全溶解后加入5mg石墨烯粉末，震蕩均勻，進(jìn)行超聲分散，超聲的要求：功率200w，超聲1小時(shí)后停止半小時(shí)，再超聲1小時(shí)，超聲過程水溫上升，注意加入冰塊。

超聲分散完之后，將石墨烯分散液在離心機(jī)2000rpm下離心10min，取上層清液即為石墨烯分散液，石墨烯分散液呈現(xiàn)均一穩(wěn)定的黑色，很好的分散于溶劑中，而且一個(gè)月無沉淀析出。

對(duì)石墨烯分散液進(jìn)行了表征，透射電子顯微鏡(圖1和2)表明，石墨烯分散良好，而且單層率高。

對(duì)石墨烯分散液進(jìn)行了紫外-可見光譜(圖3)分析，石墨烯分散劑的加入，石墨烯的峰位紅移了7nm，這是由于石墨烯表面的π電子和苯乙烯的π電子相互作用形成環(huán)電流所導(dǎo)致的。

上述實(shí)施例僅例示性說明本發(fā)明的原理及其功效，而非用于限制本發(fā)明。任何熟悉此技術(shù)的人士皆可在不違背本發(fā)明的精神及范疇下，對(duì)上述實(shí)施例進(jìn)行修飾或改變。因此，舉凡所屬技術(shù)領(lǐng)域中具有通常知識(shí)者在未脫離本發(fā)明所揭示的精神與技術(shù)思想下所完成的一切等效修飾或改變，仍應(yīng)由本發(fā)明的權(quán)利要求所涵蓋。