一种石墨烯基柔性导电膜材料及其制备方法
【专利摘要】本发明公开了一种石墨烯基柔性导电膜材料及其制备方法，该导电膜材料包括柔性基底和覆于所述柔性基地上的导电材料，所述导电材料由如下重量份数的组分制备而得：氧化石墨烯、纳米钽粉、聚苯胺、聚乙烯醇、改性明矾、甲醛改性木质素、氨基磺酸、三甲基胺硼烷、纳米活性炭酸钙、甲基纤维素、聚乙二醇、多钒酸铵、氯酸锂、二甲基甲酰胺、0.5mol/L硝酸溶液、水。本发明制备的导电膜材的方块电阻较低，均小于10Ω/□，电导率达525.4 S/cm以上，且经过200次弯曲后，导电膜材的电导率保持率为90.2%以上，显示良好导电性、耐弯曲性好，可满足柔性电子领域的应用需求。
【专利说明】
一种石墨烯基柔性导电膜材料及其制备方法
技术领域
[0001]本发明属于导电材料领域，具体涉及一种石墨烯基柔性导电膜材料及其制备方法。
【背景技术】
[0002]导电膜是一种重要的光电材料，广泛应用于触摸屏、液晶显示、有机发光二极管显示、太阳能电池等光电领域。随着技术与产品的不断进步发展，希望导电膜朝柔性化、稳定性好等方向发展。传统的导电膜的主要材料是ΙΤ0、铜、氧化锌等，其中以ITO的综合性能最佳，使用量也最多，然而ITO材料资源有限、不可弯曲且易吸湿发黄，无法满足高科技的发展需求。
[0003]石墨烯是一种由碳原子以SP2杂化轨道组成六角型呈蜂巢晶格的平面薄膜，只有一个碳原子厚度的二维材料。石墨烯具有优异的理论导电性，强度高，同时具有优异的柔韧性、热稳定性和化学稳定性，在电子器件、气体传感器、复合材料、光电器件、场发射材料及能量存储等领域获得广泛应用。然而，目前所制备的石墨烯膜材的电阻较高，实际导电性并不佳。因此，需要制备出一种良好的导电性和柔性的石墨烯基导电膜材料及其制备方法。
【发明内容】
[0004]本发明所要解决现有技术问题的至少一种，提供一种石墨烯基柔性导电膜材料及其制备方法。
[0005]为了解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的:
本发明公开了一种石墨烯基柔性导电膜材料，包括柔性基底和覆于所述柔性基地上的导电材料，所述导电材料由如下重量份数的组分制备而得:氧化石墨烯30-60份、纳米钽粉7-18份、聚苯胺10-23份、聚乙烯醇5-12份、改性明矾7-15份、甲醛改性木质素6-13份、氨基磺酸2-11份、三甲基胺硼烷4-10份、纳米活性碳酸钙2-7份、甲基纤维素2-8份、聚乙二醇25-36份、多钒酸铵7-15份、氯酸锂2-9份、二甲基甲酰胺3-16份、0.5mol/L硝酸溶液65-130份、水200-400份。
[0006]优选的，所述柔性基底为PET、PBT或PVC。
[0007]进一步优选的，所述导电材料由如下重量份数的组分制备而得:氧化石墨烯34-55份、纳米钽粉10-16份、聚苯胺13-20份、聚乙烯醇6-10份、改性明矾8-13份、甲醛改性木质素7-11份、氨基磺酸3-9份、三甲基胺硼烷5-9份、纳米活性碳酸钙3-6份、甲基纤维素3-6份、聚乙二醇28-32份、多钒酸铵8-13份、氯酸锂4-8份、二甲基甲酰胺7_14份、0.5mol/L硝酸溶液73-125份、水250-380份。
[0008]—种上述石墨烯基柔性导电膜材料的制备方法，制备步骤如下:
1)将氧化石墨烯加入0.5mol/L硝酸溶液中，在加入三甲基胺硼烷，加热至50-65°C，搅拌反应6-12h后抽滤，并用水和酒精交替洗涤至中性，冷冻干燥，得到石墨烯，备用；
2)将上述石墨烯超声分散在1/2水中，再加入二甲基甲酰胺，配成石墨烯溶液，其中超声功率为150-400W，超声时间为30-60min，超声温度为25-40 V ；
3)将纳米钽粉、聚苯胺、聚乙烯醇、改性明矾、甲醛改性木质素、氨基磺酸、三甲基胺硼烷、纳米活性碳酸钙、甲基纤维素、聚乙二醇、多钒酸铵、氯酸锂加入剩余的1/2水中，超声分散得到混合液A，其超声分散功率为200-300W，超声时间为3-6h，超声温度为60-80°C;
4)将步骤2)中的石墨烯溶液加入至步骤3)中的混合液A中，继续超声分散得到混合液B，其超声功率为100-400W，超声时间为5-10小时，超声温度为25-40°C;
5)将混合液B涂覆在柔性基底上，经紫外干燥和老化处理，即得到石墨烯基柔性导电膜材料。
[0009]上述所述步骤I)中加热至58°C，搅拌反应10h。
[0010]上述所述步骤2)中超声功率为320W，超声时间为50min，超声温度为35°C。
[0011]上述所述步骤3)中超声分散功率为250W，超声时间为5h，超声温度为70°C。
[0012]上述所述步骤4)中超声功率为350W，超声时间为7小时，超声温度为30°C。
[0013]本发明与现有技术相比具有如下有益效果:
本发明制备的石墨烯基导电膜材改善了现有技术的不足，所制备的导电膜材料的方块电阻较低，均小于10 Ω /□，电导率达525.4 S/cm以上，且经过200次弯曲后，导电膜材的电导率保持率为90.2%以上，显示良好导电性、耐弯曲性好，可满足柔性电子领域的应用需求。
【具体实施方式】
[0014]下面结合具体实施例，对本发明作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
[0015]实施例1
一种石墨烯基柔性导电膜材料，包括柔性基底和覆于所述柔性基地上的导电材料，所述导电材料由如下重量份数的组分制备而得:氧化石墨烯30份、纳米钽粉7份、聚苯胺10份、聚乙烯醇5份、改性明矾7份、甲醛改性木质素6份、氨基磺酸2份、三甲基胺硼烷4份、纳米活性碳酸钙2份、甲基纤维素2份、聚乙二醇25份、多钒酸铵7份、氯酸锂2份、二甲基甲酰胺3份、
0.5mol/L硝酸溶液65份、水200份。
[0016]所述柔性基底为PET、PBT或PVC。
[0017]上述石墨烯基柔性导电膜材料的制备方法，制备步骤如下:
1)将氧化石墨烯加入0.5mol/L硝酸溶液中，在加入三甲基胺硼烷，加热至50°C，搅拌反应6h后抽滤，并用水和酒精交替洗涤至中性，冷冻干燥，得到石墨烯，备用；
2)将上述石墨烯超声分散在1/2水中，再加入二甲基甲酰胺，配成石墨烯溶液，其中超声功率为150W，超声时间为30min，超声温度为25°C;
3)将纳米钽粉、聚苯胺、聚乙烯醇、改性明矾、甲醛改性木质素、氨基磺酸、三甲基胺硼烷、纳米活性碳酸钙、甲基纤维素、聚乙二醇、多钒酸铵、氯酸锂加入剩余的1/2水中，超声分散得到混合液A，其超声分散功率为200W，超声时间为3h，超声温度为600C ；
4)将步骤2)中的石墨烯溶液加入至步骤3)中的混合液A中，继续超声分散得到混合液B，其超声功率为100W，超声时间为5小时，超声温度为25°C;
5)将混合液B涂覆在柔性基底上，经紫外干燥和老化处理，即得到石墨烯基柔性导电膜材料。
[0018]经测试，制备的导电膜材的方块电阻为8.9 Ω/□，电导率为525.4S/cm，经过200次弯曲后，其电导率保持率为90.2%，电学性能稳定。
[0019]实施例2
一种石墨烯基柔性导电膜材料，包括柔性基底和覆于所述柔性基地上的导电材料，所述导电材料由如下重量份数的组分制备而得:氧化石墨烯60份、纳米钽粉18份、聚苯胺23份、聚乙烯醇12份、改性明矾15份、甲醛改性木质素13份、氨基磺酸11份、三甲基胺硼烷10份、纳米活性碳酸钙7份、甲基纤维素8份、聚乙二醇36份、多钒酸铵15份、氯酸锂9份、二甲基甲酰胺16份、0.5mo I /L硝酸溶液130份、水400份。
[0020]所述柔性基底为PET、PBT或PVC。
[0021 ]上述石墨烯基柔性导电膜材料的制备方法，制备步骤如下:
1)将氧化石墨烯加入0.5mol/L硝酸溶液中，在加入三甲基胺硼烷，加热至65°C，搅拌反应12h后抽滤，并用水和酒精交替洗涤至中性，冷冻干燥，得到石墨烯，备用；
2)将上述石墨烯超声分散在1/2水中，再加入二甲基甲酰胺，配成石墨烯溶液，其中超声功率为400W，超声时间为60min，超声温度为40 °C ;
3)将纳米钽粉、聚苯胺、聚乙烯醇、改性明矾、甲醛改性木质素、氨基磺酸、三甲基胺硼烷、纳米活性碳酸钙、甲基纤维素、聚乙二醇、多钒酸铵、氯酸锂加入剩余的1/2水中，超声分散得到混合液A，其超声分散功率为300W，超声时间为6h，超声温度为80 0C ；
4)将步骤2)中的石墨烯溶液加入至步骤3)中的混合液A中，继续超声分散得到混合液B，其超声功率为400W，超声时间为10小时，超声温度为40 °C;
5)将混合液B涂覆在柔性基底上，经紫外干燥和老化处理，即得到石墨烯基柔性导电膜材料。
[0022]经测试，制备的导电膜材的方块电阻为7.5 Ω /口，电导率为583.7S/cm，经过200次弯曲后，其电导率保持率为91.3%，电学性能稳定。
[0023]实施例3
一种石墨烯基柔性导电膜材料，包括柔性基底和覆于所述柔性基地上的导电材料，所述导电材料由如下重量份数的组分制备而得:氧化石墨烯45份、纳米钽粉12份、聚苯胺16份、聚乙烯醇8份、改性明矾11份、甲醛改性木质素10份、氨基磺酸6份、三甲基胺硼烷7份、纳米活性碳酸钙4.5份、甲基纤维素5份、聚乙二醇30份、多钒酸铵11份、氯酸锂5份、二甲基甲酰胺1份、0.5mo I /L硝酸溶液97份、水300份。
[0024]所述柔性基底为PET、PBT或PVC。
[0025]上述石墨烯基柔性导电膜材料的制备方法，制备步骤如下:
1)将氧化石墨烯加入0.5mol/L硝酸溶液中，在加入三甲基胺硼烷，加热至57°C，搅拌反应9h后抽滤，并用水和酒精交替洗涤至中性，冷冻干燥，得到石墨烯，备用；
2)将上述石墨烯超声分散在1/2水中，再加入二甲基甲酰胺，配成石墨烯溶液，其中超声功率为270W，超声时间为45min，超声温度为32°C ;
3)将纳米钽粉、聚苯胺、聚乙烯醇、改性明矾、甲醛改性木质素、氨基磺酸、三甲基胺硼烷、纳米活性碳酸钙、甲基纤维素、聚乙二醇、多钒酸铵、氯酸锂加入剩余的1/2水中，超声分散得到混合液A，其超声分散功率为250W，超声时间为3-6h，超声温度为75°C ；
4)将步骤2)中的石墨烯溶液加入至步骤3)中的混合液A中，继续超声分散得到混合液B，其超声功率为250W，超声时间为7小时，超声温度为32 °C;
5)将混合液B涂覆在柔性基底上，经紫外干燥和老化处理，即得到石墨烯基柔性导电膜材料。
[0026]经测试，制备的导电膜材的方块电阻为8.4 Ω /口，电导率为564.2S/cm，经过200次弯曲后，其电导率保持率为90.9%，电学性能稳定。
[0027]实施例4
一种石墨烯基柔性导电膜材料，包括柔性基底和覆于所述柔性基地上的导电材料，所述导电材料由如下重量份数的组分制备而得:氧化石墨烯34份、纳米钽粉10份、聚苯胺13份、聚乙烯醇6份、改性明矾8份、甲醛改性木质素7份、氨基磺酸3份、三甲基胺硼烷5份、纳米活性碳酸钙3份、甲基纤维素3份、聚乙二醇28份、多钒酸铵8份、氯酸锂4份、二甲基甲酰胺7份、0.5mol/L硝酸溶液73份、水250份。
[0028]所述柔性基底为PET、PBT或PVC。
[0029]上述石墨烯基柔性导电膜材料的制备方法，制备步骤如下:
1)将氧化石墨烯加入0.5mol/L硝酸溶液中，在加入三甲基胺硼烷，加热至58°C，搅拌反应1h后抽滤，并用水和酒精交替洗涤至中性，冷冻干燥，得到石墨烯，备用；
2)将上述石墨烯超声分散在1/2水中，再加入二甲基甲酰胺，配成石墨烯溶液，其中超声功率为320W，超声时间为50min，超声温度为35°C;
3)将纳米钽粉、聚苯胺、聚乙烯醇、改性明矾、甲醛改性木质素、氨基磺酸、三甲基胺硼烷、纳米活性碳酸钙、甲基纤维素、聚乙二醇、多钒酸铵、氯酸锂加入剩余的1/2水中，超声分散得到混合液A，其超声分散功率为250W，超声时间为5h，超声温度为700C ；
4)将步骤2)中的石墨烯溶液加入至步骤3)中的混合液A中，继续超声分散得到混合液B，其超声功率为350W，超声时间为7小时，超声温度为3 °C;
5)将混合液B涂覆在柔性基底上，经紫外干燥和老化处理，即得到石墨烯基柔性导电膜材料。
[0030]经测试，制备的导电膜材的方块电阻为6.5 Ω /口，电导率为603.6S/cm，经过200次弯曲后，其电导率保持率为91.5%，电学性能稳定。
[0031]实施例5
一种石墨烯基柔性导电膜材料，包括柔性基底和覆于所述柔性基地上的导电材料，所述导电材料由如下重量份数的组分制备而得:氧化石墨烯55份、纳米钽粉16份、聚苯胺20份、聚乙烯醇10份、改性明矾13份、甲醛改性木质素11份、氨基磺酸9份、三甲基胺硼烷9份、纳米活性碳酸钙6份、甲基纤维素6份、聚乙二醇32份、多钒酸铵13份、氯酸锂8份、二甲基甲酰胺14份、0.5mo I /L硝酸溶液125份、水380份。
[0032]所述柔性基底为PET、PBT或PVC。
[0033]上述石墨烯基柔性导电膜材料的制备方法，制备步骤如下:
1)将氧化石墨烯加入0.5mol/L硝酸溶液中，在加入三甲基胺硼烷，加热至58°C，搅拌反应1h后抽滤，并用水和酒精交替洗涤至中性，冷冻干燥，得到石墨烯，备用；
2)将上述石墨烯超声分散在1/2水中，再加入二甲基甲酰胺，配成石墨烯溶液，其中超声功率为320W，超声时间为50min，超声温度为35°C;
3)将纳米钽粉、聚苯胺、聚乙烯醇、改性明矾、甲醛改性木质素、氨基磺酸、三甲基胺硼烷、纳米活性碳酸钙、甲基纤维素、聚乙二醇、多钒酸铵、氯酸锂加入剩余的1/2水中，超声分散得到混合液A，其超声分散功率为250W，超声时间为5h，超声温度为700C ；
4)将步骤2)中的石墨烯溶液加入至步骤3)中的混合液A中，继续超声分散得到混合液B，其超声功率为350W，超声时间为7小时，超声温度为3 °C;
5)将混合液B涂覆在柔性基底上，经紫外干燥和老化处理，即得到石墨烯基柔性导电膜材料。
[0034]经测试，制备的导电膜材的方块电阻为6.1 Ω/□，电导率为615.8S/cm，经过200次弯曲后，其电导率保持率为90.8%，电学性能稳定。
[0035]对比例I
本对比例与实施例2的不同之处仅在于:不含纳米钽粉、甲醛改性木质素和氯酸锂及其相关步骤。
[0036]经测试，制备的导电膜材的方块电阻为14.5 Ω /□，电导率为426.9S/cm，经过200次弯曲后，其电导率保持率为87.6%，电学性能稳定。
[0037]对比例2
本对比例与实施例2的不同之处仅在于:不含纳米活性碳酸钙和纳米钽粉及其相关步骤。
[0038]经测试，制备的导电膜材的方块电阻为17.7 Ω / 口，电导率为447.2S/cm，经过200次弯曲后，其电导率保持率为86.2%，电学性能稳定。
[0039]本发明制备的导电膜材的方块电阻较低，均小于10Ω/□，电导率达525.4 S/cm以上，且经过200次弯曲后，导电膜材的电导率保持率为90.2%以上，显示良好导电性、耐弯曲性好，可满足柔性电子领域的应用需求。
【主权项】
1.一种石墨烯基柔性导电膜材料，包括柔性基底和覆于所述柔性基地上的导电材料，其特征在于，所述导电材料由如下重量份数的组分制备而得:氧化石墨烯30-60份、纳米钽粉7-18份、聚苯胺10-23份、聚乙烯醇5-12份、改性明矾7-15份、甲醛改性木质素6-13份、氨基磺酸2-11份、三甲基胺硼烷4-10份、纳米活性碳酸钙2-7份、甲基纤维素2-8份、聚乙二醇25-36份、多钒酸铵7-15份、氯酸锂2-9份、二甲基甲酰胺3-16份、0.5mo VL硝酸溶液65-130份、水200-400份。2.根据权利要求1所述的一种石墨烯基柔性导电膜材料，其特征在于，所述柔性基底为PET、PBT或PVC。3.根据权利要求2所述的一种石墨烯基柔性导电膜材料，其特征在于，所述导电材料由如下重量份数的组分制备而得:氧化石墨烯34-55份、纳米钽粉10-16份、聚苯胺13-20份、聚乙烯醇6-10份、改性明矾8-13份、甲醛改性木质素7-11份、氨基磺酸3-9份、三甲基胺硼烷5-9份、纳米活性碳酸钙3-6份、甲基纤维素3-6份、聚乙二醇28-32份、多钒酸铵8-13份、氯酸锂4-8份、二甲基甲酰胺7-14份、0.5mol/L硝酸溶液73-125份、水250-380份。4.如权利要求1-3任意一项所述的一种石墨烯基柔性导电膜材料的制备方法，其特征在于，制备步骤如下: 1)将氧化石墨烯加入0.5mol/L硝酸溶液中，在加入三甲基胺硼烷，加热至50-65°C，搅拌反应6-12h后抽滤，并用水和酒精交替洗涤至中性，冷冻干燥，得到石墨烯，备用； 2)将上述石墨烯超声分散在1/2水中，再加入二甲基甲酰胺，配成石墨烯溶液，其中超声功率为150-400W，超声时间为30-60min，超声温度为25-40 °C ； 3)将纳米钽粉、聚苯胺、聚乙烯醇、改性明矾、甲醛改性木质素、氨基磺酸、三甲基胺硼烷、纳米活性碳酸钙、甲基纤维素、聚乙二醇、多钒酸铵、氯酸锂加入剩余的1/2水中，超声分散得到混合液A，其超声分散功率为200-300W，超声时间为3-6h，超声温度为60-80°C; 4)将步骤2)中的石墨烯溶液加入至步骤3)中的混合液A中，继续超声分散得到混合液B，其超声功率为100-400W，超声时间为5-10小时，超声温度为25-40°C; 5)将混合液B涂覆在柔性基底上，经紫外干燥和老化处理，即得到石墨烯基柔性导电膜材料。5.根据权利要求4所述的一种石墨烯基柔性导电膜材料的制备方法，其特征在于，所述步骤I)中加热至58°C，搅拌反应10h。6.根据权利要求4所述的一种石墨烯基柔性导电膜材料的制备方法，其特征在于，所述步骤2)中超声功率为320W，超声时间为50min，超声温度为35°C。7.根据权利要求4所述的一种石墨烯基柔性导电膜材料的制备方法，其特征在于，所述步骤3)中超声分散功率为250W，超声时间为5h，超声温度为70°C。8.根据权利要求4所述的一种石墨烯基柔性导电膜材料的制备方法，其特征在于，所述步骤4)中超声功率为350W，超声时间为7小时，超声温度为30 °C。
【文档编号】H01B1/24GK105869708SQ201610216407
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2016年4月8日
【发明人】姚振红
【申请人】苏州捷德瑞精密机械有限公司