石墨烯复合物及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种石墨烯复合物及其制备方法（Graphene composite and method for preparing the same),更详细地讲，涉及利用由石墨烯、阳离子性高分子（Polymer)、 以及阴离子两亲性表面活性剂组成的复合物而能够提高石墨烯的分散性和导电性的石墨 烯复合物及其制备方法。
【背景技术】
[0002] 石墨烯（graphene)是碳原子连接成六边形蜂窝状而具有二维片（sheet)状 的碳晶，多个板（plate)状石墨烯层叠而形成石墨（graphite)。因此，若使石墨剥离 (exfoliation),则能够得到由单层或多层构成的板（plate)状石墨烯。石墨烯是同时具有 金属的性质和非金属的性质的物质，作为金属的性质具有优良的导电性和导热性，作为非 金属的性质具有高的热稳定性和化学惰性。石墨烯能够适用于电气元件、电池、燃料电池、 以及耐火材料等多个用途。
[0003] 石墨烯通常是以利用氧化剂和层间插入剂使鳞状石墨或天然石墨氧化膨胀而剥 离的自顶向下（top down)方式制备，在石墨烯的边缘（edge)和面上存在环氧（epoxy)基、 轻（hydroxyl)基、羰（carbonyl)基、或羧酸（carboxylic acid)基等包含多个氧（0)原子 的官能团（functional group),这种各氧官能团虽然使氧化石墨烯（graphene oxide :G0) 在包括水在内的各种极性有机溶剂中容易分散，但在非极性溶剂中并不分散，且由于使石 墨烯所固有的高电导率降低而具有绝缘体的性质，因此，必须根据溶剂的极性变更在石墨 烯中所添加的添加剂和与石墨烯的官能团聚合的高分子或单体的种类及含量。而且，由于 能够使氧化石墨烯溶解和分散的溶剂极为有限，因此，在分散性方面只能存在问题，作为用 于解决这种问题的方法，能够添加官能团以使石墨烯在溶剂中分散而用作能够进行印刷的 电子材料用填充物（filler)，但在该情况下发生电导率降低的问题。而且，由于存在于石墨 烯的边缘的官能团其量多于存在于面的官能团的量，因而还原时官能团被解离而造成带负 电荷的部分存在于石墨烯的边缘，因此，还具有产生聚集物的缺点。
[0004] 另一方面，存在多个与被还原的石墨烯和阳离子高分子的结合相关的专利，韩国 专利公开2012-0091709号公开了一种结合了聚降冰片烯和石墨烯氧化物的复合材料，而 在使石墨烯氧化物的表面改性为胺化合物等所利用的原材料和制备方式、以及适用领域等 存在差异。美国专利公开2012-0261612号公开了基于用聚离子性液体改性的石墨烯的材 料的分散，所使用的离子性液体在结构和物质上与本发明存在差异，形成复合物的方式也 相异。日本专利公开2013-079176号公开了一种改性（modified)石墨烯、膜、以及成形体， 而在由包含了磺基的苯肼衍生物改性的石墨烯氧化物等原材料和制备方式以及使化合物 与石墨烯复合化的方式上与本发明存在差异。而且，美国专利公开2012-0328785号公开了 一种聚酰亚胺纳米复合物及其制备方法，其在使用用Y -氨基丁酸改性的石墨烯氧化物等 原材料和制备方式上与本发明存在差异。（其他参考文献：Chemical Engineering Science 85(2013 年）30 ~37p，Nature. Nanotechnology vol. 3(2008 年）101 ~105p，Langmuir article 2010 年，26 (23)，17943 ~17948p)
【发明内容】
[0005] 技术问题
[0006] 本发明的目的在于提供一种能够提高石墨烯的导电性的石墨烯复合物及其制备 方法。
[0007] 本发明的另一目的在于提供一种在极性和非极性的广泛的溶剂中能够提高石墨 烯的分散性且能够添加高含量的石墨烯的石墨烯复合物及其制备方法。
[0008] 本发明的其它目的在于提供一种防止在石墨烯产生聚集而能够提高石墨烯的分 散性的石墨烯复合物及其制备方法。
[0009] 技术解决方法
[0010] 为了达到上述目的，本发明提供一种石墨烯复合物，该石墨烯复合物，包含：阳离 子性高分子，通过至少包含一个以上氮（N)原子的同种或不同种的阳离子性单体之间的聚 合而生成，且至少包含1种以上的烷基胺；石墨烯，通过选自由氧化石墨烯、石墨、以及膨胀 的石墨组成的组中的碳化合物被还原或剥离而形成；以及，阴离子两亲性表面活性剂，具有 亲水性和亲油性这两亲性。
[0011] 而且，本发明提供一种石墨烯复合物的制备方法，该石墨烯复合物的制备方法包 括：(a)使至少包含一个以上氮原子的同种或不同种的阳离子性单体进行聚合反应而制备 至少包含1种以上烷基胺的阳离子性高分子的步骤；(b)使选自由氧化石墨烯、石墨、以及 膨胀的石墨组成的组中的碳化合物还原或剥离而制备石墨烯的步骤；（c)使上述阳离子性 高分子和石墨烯溶解于去离子水中并进行搅拌而制备石墨烯-阳离子性高分子结合体的 步骤；以及，（d)在上述石墨烯-阳离子性高分子结合体中添加阴离子两亲性表面活性剂之 后，进行搅拌和干燥的步骤。
[0012] 有利效果
[0013] 根据本发明的石墨烯复合物及其制备方法，不同于具有疏水性（hydrophobic)的 性质的纯石墨烯（graphene)并不溶于大部分溶剂中，而是在石墨烯附带官能团以使溶解 度变化，从而仅凭排除了用于提高分散性的石墨烯的功能化工序的、简单的工序也能够将 石墨、氧化石墨烯、以及膨胀石墨等制备成高纯度的石墨烯，并能够使高纯度的石墨烯分离 分散而提高电学特性。即、对于膨胀石墨（graphite)或石墨烯使用阳离子性高分子和阴离 子两亲性表面活性剂，从而利用电学引力和相互作用（interaction)而高度分离，且 能够制备在多种极性的溶剂中容易分散的石墨烯复合物，由此，具有能够提高石墨烯的导 电性和分散性的优点。而且，还能够防止在石墨烯发生聚集。
【附图说明】
[0014]图1是用于说明根据本发明的一实施例的石墨烯复合物的制备方法的流程图。
[0015]图2是示意性地表示了根据本发明的一实施例的石墨烯复合物被制备的样态的 示意图。
[0016] 图3是对于适用了根据本发明的一实施例的石墨烯复合物的油墨和在比较例所 制备的油墨的导电性进