一种氧化石墨烯/聚偏氟乙烯复合薄膜的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属于电介质材料技术领域，特别涉及一种氧化石墨烯/聚偏氟乙烯复合薄膜的制备方法。
【背景技术】
[0002]近年来，随着微电子器件以及纳米电子器件的发展，如何开发性能稳定可靠，且可再生更环保、更轻便的新型材料逐步引起人们的重视，部分新型纳米材料已经成为人们日常生活所必备的材料。其中，一类具有优秀铁电性能的高分子功能材料一一电介质材料走入了人们的视野，这类功能材料可用作埋入式电容器、储能电容器、传感器、微波电器等，其研究重点主要集中于压电性介电性及在电容器、传感器中的应用。
[0003]电介质材料的储能性能在很大程度上决定了电容器的储能性能。传统无机高分子介电材料铁电陶瓷材料，如钛酸钡、钛酸铅等，这类材料由于自身介电损耗大，击穿电压和电阻较低，限制了其在能源储备方面的发展。相比之下，有机高分子材料以其高击穿电压(100-900KV/mm)和低介电损耗(10_4)及良好的加工性能等优势，引起了越来越多的关注。常见有机高分子介电材料有聚乙烯、聚丙烯、聚偏氟乙烯、环氧树脂等，这类材料质量轻、柔韧性好，被广泛用于电容器、传感器、人工肌肉等各个方面，但其介电常数与无机高分子介电材料相比却普遍较低。因此，单一的电介质材料无法满足工业化生产要求，制备高介电性能复合材料具有重要意义。
[0004]聚偏氟乙烯(PVDF)是一种具有高铁电性能的聚合物，为了改善PVDF压电常数低、介电常数低等不足之处，相关研究人员将PVDF与不同的高分子聚合物进行复合，所制备的复合材料不仅扩大了其应用范围，提高了压电、介电性，且改善了材料的综合性能，满足了不同元器件的需求。近年来，Layek等人制备了聚甲基丙烯酸甲酯接枝的石墨烯/聚偏氟乙烯复合薄膜，FTIR分析发现，石墨烯的添加促进了 PVDF的β相晶型形成，且其热稳定性相比PVDF单体薄膜有所增强。Μ.EI Achaby等人使用溶液流延法制备了氧化石墨烯/聚偏氟乙烯(G0/PVDF)复合薄膜，当GO含量为0.1wt.%时，FTIR和XRD衍射显示，PVDF结构中存在大量β相结晶。制备G0/PVDF复合薄膜的方法使得工业上大批量制备压电式PVDF复合薄膜成为可能。
[0005]然而，G0/PVDF复合薄膜制备过程中GO在PVDF基体中分散不均匀，两种材料共混会造成微观结构缺陷等问题，复合薄膜的介电性能受到制约。现有研究仅针对GO的含量研究了不同复合薄膜的性能，没有对薄膜成型过程中所用到的溶剂对复合薄膜的性能的影响做相应的研究，也没有针对GO在PVDF基体中的分散问题进行研究。
【发明内容】
[0006]本发明的目的是提供一种氧化石墨烯/聚偏氟乙烯复合薄膜的制备方法，采用去离子水/N，N-二甲基甲酰胺(DMF)共溶剂法，解决了现有制备方法中氧化石墨烯在聚偏氟乙烯基体中分散不均匀导致薄膜微观结构有缺陷等问题。
[0007]本发明采用的技术方案是，一种氧化石墨烯/聚偏氟乙烯复合薄膜的制备方法，包括以下步骤:
[0008]步骤I，配置溶液:
[0009]将片状GO加入DMF中，配置成GO质量百分比为0.01 % -0.02%的G0/DMF悬浮液，对G0/DMF悬浮液进行超声分散；将PVDF粉末溶解于DMF中，配置成PVDF质量百分比为2.50% -3.00% 的 PVDF/DMF 溶液。
[0010]步骤2，共溶剂法制备G0/PVDF混合溶液:
[0011 ] 按照去离子水与G0/DMF悬浮液的体积比为1:5?6的比例，将去离子水与G0/DMF悬浮液混合，得到混合液a，对混合液a进行超声分散；再按照混合液a与PVDF/DMF溶液的体积比为1:3?3.5的比例，将PVDF/DMF溶液与混合液a混合，得到混合液b，混匀后对混合液b进行超声分散；
[0012]步骤3，聚合物薄膜的制备:
[0013]将步骤2分散好的混合液b浇注于玻璃基片上，置于真空烘箱中烘干后，将真空烘箱内的温度降低至室温，取出玻璃基片，将玻璃基片上得到的聚合物薄膜剥离下来，得到G0/PVDF复合薄膜。
[0014]本发明还具有以下特点:
[0015]优选地，步骤I中片状GO为厚度0.8-1.2um、单层比率> 99%、纯度> 99%的G0。
[0016]优选地，步骤I中的超声分散具体为:在温度55-65°C、功率140-160W条件下超声分散5-6h。
[0017]优选地，步骤2中的对混合液a超声分散具体为:在温度35_45°C、功率140-160W条件下超声分散l_2h。
[0018]优选地，步骤2中的对混合液b超声分散具体为:在温度35-45°C、功率140-160W条件下超声并机械搅拌分散l_2h。
[0019]优选地，步骤3中的烘干温度为110_120°C。
[0020]优选地，步骤3中的真空烘箱内的温度降低为每隔15-30min将真空烘箱内温度降低 10C0
[0021]本发明的有益效果是:本发明的氧化石墨烯/聚偏氟乙烯复合薄膜的制备方法是将一定量的去离子水混入G0/DMF溶液中，以去离子水与DMF作为混合溶剂，采用共溶剂法进行了 G0/PVDF复合薄膜的制备。去离子水的添加在G0/PVDF复合薄膜的制备过程中会更大程度的抑制PVDF聚合物的α相和γ相结晶，进而更有利于β相结构结晶，同时，使得GO在PVDF基体中的分散更加均匀，薄膜的断裂表面相对更为平整，在一定程度上改善了两种材料共混所造成的微观结构上的缺陷。这些改善最终对复合薄膜的介电性能产生了一定程度的提高，介电常数得到了一定的提高。
【附图说明】
[0022]图1是本发明的G0/PVDF复合薄膜与DMF溶剂法制备的G0/PVDF复合薄膜的XRD曲线对比图；
[0023]图2是DMF溶剂法制备出G0/PVDF复合薄膜的扫描电镜图；
[0024]图3是本发明的G0/PVDF复合薄膜的扫描电镜图；
[0025]图4是本发明的G0/PVDF复合薄膜与DMF溶剂法制备的G0/PVDF复合薄膜在不同频率下的介电常数对比图。
【具体实施方式】
[0026]下面结合附图和【具体实施方式】对本发明进行详细说明。
[0027]本发明提供了一种氧化石墨烯/聚偏氟乙烯复合薄膜的制备方法，为去离子水/DMF共溶剂法看，具体包括以下步骤:
[0028]步骤I，配置溶液:
[0029]将片状GO加入DMF中，配置成GO质量百分比为0.01 % -0.02%的G0/DMF悬浮液，对G0/DMF悬浮液进行超声分散；将PVDF粉末溶解于DMF中，配置成PVDF质量百分比为
2.50% -3.00% 的 PVDF/DMF 溶液；
[0030]步骤2，共溶剂法制备G0/PVDF混合溶液:
[0031 ] 按照去离子水与G0/DMF悬浮液的体积比为1:5?6的比例，将去离子水与G0/DMF悬浮液混合，得到混合液a，对混合液a进行超声分散；再按照混合液a与PVDF/DMF溶液的体积比为1:3?3.5的比例，将PVDF/DMF溶液与混合液a混合，得到混合液b，混匀后对混合液b进行超声分散；
[0032]步骤3，聚合物薄膜的制备:
[0033]将步骤2分散好的混合液b浇注于玻璃基片上，置于真空烘箱中烘干后，将真空烘箱内的温度降低至室温，取出玻璃基片，将玻璃基片上得到的聚合物薄膜剥离下来，得到G0/PVDF复合薄膜。
[0034]其中，优选地，步骤I中片状GO为厚度0.8-1.2um、单层比率> 99 %且纯度> 99 %的GO0
[0035]优选地，步骤I中的超声分散具体为:在温度55-65°C、功率140-160W条件下超声分散5-6h。
[0036]优选地，步骤2中的对混合液a超声分散具体为:在温度35_45°C、功率140-160W条件下超声分散l_2h。
[0037]优选地，步骤2中的对混合液b超声分散具体为:在温度35_45°C、功率140-160W条件下超声并机械搅拌分散l_2h。在对混合液b超声分散时可加入机械搅拌同时进行，提高分散均匀程度。
[0038]优选地，步骤3中的烘干温度为110_120°C。
[0039]优选地，步骤3中的真空烘箱内的温度降低为每隔15-30min将真空烘箱内温度降低 10Co
[0040]实施例1
[0041 ] 制备一种G0/PVDF复合薄膜，制备方法如下:
[0042]步骤I，配置溶液:
[0043]将0.0lg厚度0.8-1.2um、单层比率>99%、纯度>99%的GO粉末加入10mL DMF中，配置成GO质量百分比为0.01 %的G0/DMF悬浮液，在温度55°C、功率160W条件下对GO/DMF悬浮液超声分散5h。将0.999g PVDF粉末溶解于40mLDMF中，配置成PVDF质量百分比为 2.50% 的 PVDF/DMF 溶液。
[0044]步骤2，共溶剂法制备G0/PVDF混合溶液:
[0045]按照去离子水与G0/