石墨烯分散劑及其應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種石墨烯分散方法，特別涉及一種石墨烯分散劑及其應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002] 石墨烯是由sp2雜化碳原子相互連接形成單原子層厚度二維蜂窩狀晶格結(jié)構(gòu)的 碳材料，具有優(yōu)異的電學(xué)、力學(xué)、熱學(xué)和機械性能。石墨烯的制備方法通常包括機械剝離、化 學(xué)氣相沉積、氧化-還原、溶液超聲玻璃等方法。剝離的石墨烯由于片層強烈的相互 作用，石墨烯片層容易團聚在一起，致使有機溶劑或水中的溶解度有限，這就很大程度上限 制了其應(yīng)用。
[0003] 有鑒于此，研究人員提出了多種方案，以期解決這些問題。其中常用的一種方式是 通過在分散介質(zhì)中加入表面活性劑等輔助分散劑，其雖然能夠在一定程度上提升石墨烯的 分散度，但效果不明顯，而且通常來說，特定的表面活性劑只適用于特定的分散介質(zhì)，不具 普適性。另外一種方式是通過對石墨烯進行化學(xué)改性處理，從而提升其分散性能，但這種方 式會導(dǎo)致石墨烯材料的化學(xué)組成及物理形貌等均發(fā)生變化。
[0004] 因此，如何在不破壞石墨烯獨特理化性能的基礎(chǔ)上實現(xiàn)石墨烯于分散介質(zhì)中的高 效、穩(wěn)定分散，一直是業(yè)界亟待解決的難題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的主要目的在于提供一種石墨烯分散劑，藉此該石 墨烯分散劑，可以簡便方式實現(xiàn)石墨烯在分散介質(zhì)中的良好分散。
[0006] 本發(fā)明的另一目的在于提供一種所述石墨烯分散劑的應(yīng)用，例如基于所述石墨烯 分散劑的石墨烯分散體，高效石墨烯分散方法及再分散方法等。
[0007] 為實現(xiàn)前述發(fā)明目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案包括：
[0008] 在一些實施例中提供了一種石墨烯分散劑，其包括具有電活性的苯胺低聚物，且 所述苯胺低聚物能夠與石墨烯形成復(fù)合物。
[0009] 在一些實施例中還提供了石墨烯與所述石墨烯分散劑的π-π復(fù)合物。
[0010] 在一些實施例中還提供了一種石墨烯分散體，其包含：分散介質(zhì)，以及，分散于所 述分散介質(zhì)中的、如上所述的π-JT復(fù)合物。
[0011] 在一些實施例中還提供了一種石墨烯分散體的制備方法，其包括：將石墨烯及所 述的石墨稀分散劑于分散介質(zhì)中均勾混合形成穩(wěn)定分散體。
[0012] 在一些實施例中還提供了一種石墨烯分散和再分散方法，其包括：
[0013] 將石墨烯及所述的石墨烯分散劑于分散介質(zhì)中均勻混合形成穩(wěn)定分散體，
[0014] 去除所述分散體中的分散介質(zhì)而獲得石墨烯與所述石墨烯分散劑的復(fù)合物，
[0015] 以及，將所述復(fù)合物再次分散于分散介質(zhì)中，再次形成穩(wěn)定分散體。
[0016] 在一些實施例中還提供了一種納米碳材料分散劑，其有效成分選自包含有2-8個 芳香環(huán)，且相對分子量在10000以下，并能夠與納米碳材料形成3Τ-3Τ復(fù)合物的化合物。
[0017] 其中，所述納米碳材料至少選自石墨稀、碳納米管、納米碳纖維，優(yōu)選為石墨稀。
[0018] 優(yōu)選的，所述納米碳材料分散劑選自具有電活性的苯胺低聚物。
[0019] 較之現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的有益效果至少包括：利用易于合成，成本低廉的導(dǎo)電類苯 胺低聚物和/或其衍生物作為石墨烯分散劑，并通過將該分散劑與石墨烯在分散介質(zhì)中簡 單混合，即可大幅提升石墨烯于分散介質(zhì)中的分散度、分散穩(wěn)定性及再分散性能，還無損于 石墨烯的獨特物理、化學(xué)性能，且操作簡單，利于規(guī)?；瘜嵤?br>【附圖說明】
[0020] 圖1是本發(fā)明一典型實施案例之中一種石墨烯分散液和可再分散石墨烯粉體的 制程圖；
[0021] 圖2是實施例1中石墨烯分散劑及石墨烯-分散劑復(fù)合物的紫外-可見光譜圖；
[0022] 圖3是實施例1中石墨稀、石墨烯分散劑及石墨烯-分散劑復(fù)合物的拉曼光譜圖；
[0023] 圖4是實施例1中石墨稀、石墨烯分散劑及石墨烯-分散劑復(fù)合物的XRD譜圖；
[0024] 圖5a-圖5b是實施例1中石墨烯-分散劑復(fù)合物的SEM圖；
[0025] 圖6是實施例1中石墨烯-分散劑復(fù)合物的AFM圖；
[0026] 圖7是實施例1中石墨烯-分散劑復(fù)合物的TEM圖；
[0027] 圖8a是納米碳纖維與環(huán)氧樹脂組合物的固化物的SEM形貌圖；
[0028] 圖8b是實施例1石墨烯分散劑-納米碳纖維復(fù)合物與環(huán)氧樹脂組合物的固化物 的SEM形貌圖；
[0029] 圖9a是環(huán)氧富鋅防腐底漆的防腐效果測試圖；
[0030] 圖9b是實施例1石墨烯-分散劑復(fù)合物/環(huán)氧樹脂底漆的防腐效果測試圖；
[0031] 圖10是實施例1石墨烯-分散劑復(fù)合物/環(huán)氧樹脂底漆與其它市售底漆的防腐 效果對比圖。
【具體實施方式】
[0032] 如前所述，鑒于現(xiàn)有技術(shù)中石墨烯在普通分散介質(zhì)，例如四氫呋喃、二甲基甲酰 胺，二甲基亞砜等有機溶劑中分散效果不佳的不足（參閱圖1)，本案發(fā)明人經(jīng)長期研究和 大量實踐，特提出本發(fā)明的技術(shù)方案，并獲得了出乎意料的良好技術(shù)效果。如下將對本發(fā)明 的技術(shù)方案進行較為詳細的解釋說明。
[0033] 本發(fā)明的一個方面提供了一種石墨烯分散劑，其有效成分選自包含有2~8個芳 香環(huán)，且相對分子量在10000以下，并能夠與石墨烯形成Ji-Ji復(fù)合物的化合物。
[0034] 較為優(yōu)選的，所述化合物的相對分子量可以為100~1000。
[0035] 在一些實施例中，所述化合物選自苯胺低聚物和/或其衍生物。相應(yīng)的，此處所述 的"31-31復(fù)合物"系指由苯胺低聚物和/或苯胺低聚物衍生物與石墨烯主要經(jīng)31-31作 用，而不是通過化學(xué)鍵結(jié)合形成的復(fù)合物。
[0036] 所述的苯胺低聚物亦稱苯胺齊聚物，其包含的苯胺共輒鏈段短于聚苯胺，電活性 與聚苯胺相似，但分子中不存在缺陷，且具有更好的溶解性。
[0037] 例如，所述石墨烯分散劑可以是主要由能夠與石墨烯通過JT-3T相互作用結(jié)合， 從而使石墨烯穩(wěn)定分散于有機溶劑中的具有芳香結(jié)構(gòu)的苯胺低聚物組成。
[0038] 在一些更為具體的案例中，所述石墨烯分散劑可以由能夠與石墨烯通過π-π相 互作用結(jié)合，從而使石墨稀在有機溶劑中的最大分散度達到5mg/mL的具有芳香結(jié)構(gòu)的苯 胺低聚物組成。需要說明的是，此處所述的"最大分散度"對應(yīng)于采用最低有效量的石墨烯 分散劑的情況。其中，藉由所述石墨烯分散劑，使石墨烯能夠通過物理方法而穩(wěn)定分散于有 機溶劑中，此處所述的物理方法可以是攪拌、超聲等簡單物理方式，但不局限于此。
[0039] 在一些較佳實施例中，所述石墨烯分散劑可優(yōu)選自苯胺三聚體、苯胺四聚體、苯胺 五聚體、苯胺六聚體中的任意一種或兩種以上的組合。
[0040] 適用于本發(fā)明的苯胺低聚物可以從商購?fù)緩将@取，也可以參考文獻（例如， 《CHEM. C0MMUN.》，2003 年，第 2768-2769 頁；《Synthetic Metals》，2001 年，第 122 卷第 237-242 頁；CN101811997A;CN 1369478A、CN 1204655A 等）自制。
[0041] 本發(fā)明的另一個方面還提供了石墨烯與所述石墨烯分散劑的π-π復(fù)合物。
[0042] 較為優(yōu)選的，所述的31-31復(fù)合物中石墨烯與石墨烯分散劑的摩爾比為1〇〇:1~ 1:100,優(yōu)選為10:1~1:10,尤其優(yōu)選為2:1~1:2。
[0043] 事實上，所述π - π復(fù)合物亦可視為一種可再分散石墨烯粉體，其主要是通過將 主要由石墨烯與石墨烯分散劑組成的分散體，例如石墨烯分散液干燥后獲得的粉體，且所 述粉體能夠被再次直接分散于分散介質(zhì)，例如有機溶劑中。
[0044] 其中，所述干燥的方式包括噴霧干燥，當(dāng)然也可以是業(yè)界已知的其它合適干燥方 式，例如冷凍干燥、超臨界干燥等。
[0045] 本發(fā)明的另一個方面還提供了一種分散體，其包含：分散介質(zhì)，以及，分散于所述 分散介質(zhì)中的、如前所述的π-JT復(fù)合物。
[0046] 較為優(yōu)選的，所述分散體為流體狀分散體，尤其優(yōu)選為液態(tài)分散體。
[0047] 較為優(yōu)選的，所述分散體包含濃度為0. lmg/ml~100mg/ml的石墨稀。
[0048] 其中，所述石墨稀材料的定義可參見文獻"All in the graphene family-A recommended nomenclature for two-dimensional carbon materials'，。其可以從市售等 途徑獲取，也可自制，例如采用本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的石墨烯產(chǎn)品或用常規(guī)的制備方法制 備，例如可選自化學(xué)氧化法如Brodie法、Hummers法或Staudenmaier法中的任意一種方法 制備的氧化石墨烯、經(jīng)熱膨脹制得的石墨烯材料。也可以選用機械剝離、液相剝離或電化學(xué) 剝離制備的石墨稀材料、或者還原氧化石墨稀。其結(jié)構(gòu)亦不限于石墨稀納米片、石墨稀微米 片、石墨烯納米帶、少層石墨烯（2~5層）、多層石墨烯（2~9層）、石墨烯量子點以及這 些石墨稀類材料的衍生物。其厚度可優(yōu)選為彡20nm，更優(yōu)選地，厚度彡10nm。
[0049] 其中，所述分散介質(zhì)可包括水、有機溶劑、高分子聚合物中的任意一種或兩種以上