含有石墨烯的涂层膜及其制备方法与流程

文档序号:12164010阅读:来源:国知局

技术特征:

1.一种含有石墨烯的涂层膜,其包括:

至少一种化学式1表示的水合物;

石墨烯,其位于化学式1表示的水合物的表面上;和

二氧化硅颗粒,其位于化学式1的水合物的表面上,并位于不连续岛状的石墨烯的表面上,

其中所述二氧化硅颗粒包括多个二氧化硅纳米颗粒的团聚体:

[化学式1]

Xn-M-(OH)4-n

其中,在化学式1中,

M选自Si、Ti、Ag、Sn、In和Zn及其组合,

X是:

a)被至少一个选自以下的官能团取代的或未取代的C1-C30烷基:环氧基、环氧丙氧基、乙烯基、丙烯酰基、甲基丙烯酰基、羧基、氨基、硫醇基、磷酸基、氟基、氯基、溴基、碘基、羟基、取代或未取代的C1-C10烷氧基、取代或未取代的C1-C10酮基、取代或未取代的C1-C10胺基、取代或未取代的C1-C10硫基、取代或未取代的C1-C10酯基和取代或未取代的C1-C10甲硅烷基;

b)被至少一个选自以下的官能团取代的或未取代的C1-C30烯基:环氧基、环氧丙氧基、乙烯基、丙烯酰基、甲基丙烯酰基、羧基、氨基、硫醇基、磷酸基、氟基、氯基、溴基、碘基、羟基、取代或未取代的C1-C10烷氧基、取代或未取代的C1-C10酮基、取代或未取代的C1-C10胺基、取代或未取代的C1-C10硫基、取代或未取代的C1-C10酯基和取代或未取代的C1-C10甲硅烷基;或

c)被至少一个选自以下的官能团取代的或未取代的C1-C30炔基:环氧基、环氧丙氧基、乙烯基、丙烯酰基、甲基丙烯酰基、羧基、氨基、硫醇基、磷酸基、氟基、氯基、溴基、碘基、羟基、取代或未取代的C1-C10烷氧基、取代或未取代的C1-C10酮基、取代或未取代的C1-C10胺基、取代或未取代的C1-C10硫基、取代或未取代的C1-C10酯基和取代或未取代的C1-C10甲硅烷基,并且

n是1-3的整数。

2.根据权利要求1所述的含有石墨烯的涂层膜,其中所述含有石墨烯的涂层膜包括:第一区域,其包括化学式1表示彼此结合的水合物和二氧化硅颗粒;和第二区域,其包括彼此结合的化学式1表示的水合物、石墨烯和二氧化硅颗粒。

3.根据权利要求2所述的含有石墨烯的涂层膜,其中所述第一区域的二氧化硅颗粒的平均直径为大约5nm至大约50nm,并且所述第二区域的二氧化硅颗粒的平均直径为大约5nm至大约25nm。

4.根据权利要求1所述的含有石墨烯的涂层膜,其中所述二氧化硅纳米颗粒的平均直径为大约5nm至大约30nm。

5.根据权利要求1所述的含有石墨烯的涂层膜,其中所述石墨烯的厚度为大约0.4nm至大约5nm。

6.根据权利要求1所述的含有石墨烯的涂层膜,其中所述石墨烯的长轴长度为大约100nm至大约10,000nm,所述石墨烯的短轴长度为大约100nm至大约900nm。

7.根据权利要求1所述的含有石墨烯的涂层膜,其中基于化学式1表示的水合物、石墨烯和二氧化硅纳米颗粒的总重量,所述石墨烯的量为大约0.001wt%至大约50wt%。

8.根据权利要求1所述的含有石墨烯的涂层膜,其中当透射率大于或等于大约70%时,基于化学式1表示的水合物、石墨烯和二氧化硅纳米颗粒的总重量,所述石墨烯的量为大约0.001wt%至大约3wt%。

9.根据权利要求1所述的含有石墨烯的涂层膜,其中所述含有石墨烯的涂层膜的厚度为大约100nm至2μm。

10.根据权利要求1所述的含有石墨烯的涂层膜,其中当透射率大于或等于大约70%时,所述含有石墨烯的涂层膜的厚度为大约200nm至500nm。

11.根据权利要求1所述的含有石墨烯的涂层膜,其中化学式1由化学式1-1至1-3之一表示:

[化学式1-1]

X1-M-(OH)3

[化学式1-2]

X1X2-M-(OH)2

[化学式1-3]

X1X2X3-M-(OH)

其中,在化学式1-1至1-3中,

M选自Si、Ti、Ag、Sn、In和Zn及其组合,

X1、X2和X3各自独立地为:

a)被至少一个选自以下的官能团取代的或未取代的C1-C30烷基:环氧基、环氧丙氧基、乙烯基、丙烯酰基、甲基丙烯酰基、羧基、氨基、硫醇基、磷酸基、氟基、氯基、溴基、碘基、羟基、取代或未取代的C1-C10烷氧基、取代或未取代的C1-C10酮基、取代或未取代的C1-C10胺基、取代或未取代的C1-C10硫基、取代或未取代的C1-C10酯基和取代或未取代的C1-C10甲硅烷基;

b)被至少一个选自以下的官能团取代的或未取代的C1-C30烯基:环氧基、环氧丙氧基、乙烯基、丙烯酰基、甲基丙烯酰基、羧基、氨基、硫醇基、磷酸基、氟基、氯基、溴基、碘基、羟基、取代或未取代的C1-C10烷氧基、取代或未取代的C1-C10酮基、取代或未取代的C1-C10胺基、取代或未取代的C1-C10硫基、取代或未取代的C1-C10酯基和取代或未取代的C1-C10甲硅烷基;或

c)被至少一个选自以下的官能团取代的或未取代的C1-C30炔基:环氧基、环氧丙氧基、乙烯基、丙烯酰基、甲基丙烯酰基、羧基、氨基、硫醇基、磷酸基、氟基、氯基、溴基、碘基、羟基、取代或未取代的C1-C10烷氧基、取代或未取代的C1-C10酮基、取代或未取代的 C1-C10胺基、取代或未取代的C1-C10硫基、取代或未取代的C1-C10酯基和取代或未取代的C1-C10甲硅烷基。

12.根据权利要求1所述的含有石墨烯的涂层膜,其中M是Si或Ti。

13.根据权利要求1所述的含有石墨烯的涂层膜,其中所述含有石墨烯的涂层膜还包括选自无机粉末、有机添加剂及其组合的添加剂。

14.根据权利要求12所述的含有石墨烯的涂层膜,其中所述无机粉末的平均直径为大约5nm至50nm。

15.一种制备含有石墨烯的涂层膜的方法,其包括以下步骤:

将石墨烯分散;

将二氧化硅纳米颗粒与化学式1表示的水合物的前体在亲水性溶剂中混合并分散,并将其与分散的石墨烯混合;

对混合的分散溶液进行水解和缩合反应,以制备含有石墨烯的溶胶溶液;

将含有石墨烯的溶胶溶液涂布在基质上,并在大约25℃至400℃的温度下将其干燥;和

在大约50℃至900℃的温度下对干燥的膜进行热处理,

[化学式1]

Xn-M-(OH)4-n

其中,在化学式1中,

M选自Si、Ti、Ag、Sn、In和Zn及其组合,

X是:

a)被至少一个选自以下的官能团取代的或未取代的C1-C30烷基:环氧基、环氧丙氧基、乙烯基、丙烯酰基、甲基丙烯酰基、羧基、氨基、硫醇基、磷酸基、氟基、氯基、溴基、碘基、羟基、取代或未取代的C1-C10烷氧基、取代或未取代的C1-C10酮基、取代或未取代的C1-C10胺基、取代或未取代的C1-C10硫基、取代或未取代的C1-C10 酯基和取代或未取代的C1-C10甲硅烷基;

b)被至少一个选自以下的官能团取代的或未取代的C1-C30烯基:环氧基、环氧丙氧基、乙烯基、丙烯酰基、甲基丙烯酰基、羧基、氨基、硫醇基、磷酸基、氟基、氯基、溴基、碘基、羟基、取代或未取代的C1-C10烷氧基、取代或未取代的C1-C10酮基、取代或未取代的C1-C10胺基、取代或未取代的C1-C10硫基、取代或未取代的C1-C10酯基和取代或未取代的C1-C10甲硅烷基;或

c)被至少一个选自以下的官能团取代的或未取代的C1-C30炔基:环氧基、环氧丙氧基、乙烯基、丙烯酰基、甲基丙烯酰基、羧基、氨基、硫醇基、磷酸基、氟基、氯基、溴基、碘基、羟基、取代或未取代的C1-C10烷氧基、取代或未取代的C1-C10酮基、取代或未取代的C1-C10胺基、取代或未取代的C1-C10硫基、取代或未取代的C1-C10酯基和取代或未取代的C1-C10甲硅烷基,并且

n是1-3的整数。

16.根据权利要求15所述的方法,其中基于混合的分散溶液的总重量,所述二氧化硅纳米颗粒以大约5-20wt%的量存在;

基于混合的分散溶液的总重量,所述化学式1表示的水合物的前体以大约10-40wt%的量存在;

基于混合的分散溶液的总重量,所述高度分散的石墨烯以大约0.001-15wt%的量存在;并且

所述亲水性溶剂以余量存在。

17.根据权利要求15所述的方法,其中所述石墨烯通过机械分散处理或溶剂交换方法分散。

18.根据权利要求17所述的方法,其中所述溶剂交换方法包括以下步骤:

通过将石墨烯粉末、第一分散剂和第一非水性溶剂混合,制备分散液;

通过将第二非水性溶剂和水合物前体加入到分散液中,制备混合 物;和

通过将所述混合物与第二分散剂和水混合,制备含有石墨烯的溶胶溶液。

19.根据权利要求15所述的方法,其中在所述二氧化硅纳米颗粒和化学式1表示的水合物的前体在亲水性溶剂中的混合和分散以及将其与高度分散的石墨烯的混合中,还包括加入选自无机粉末、有机添加剂及其组合的添加剂。

20.根据权利要求19所述的方法,其中基于100重量份混合的分散溶液,所述无机粉末以大约5重量份至30重量份的量混合。

21.根据权利要求19所述的方法,其中基于100重量份混合的分散溶液,所述有机添加剂以大约0.01重量份至10重量份的量混合。

22.根据权利要求15所述的方法,其中所述化学式1表示的水合物的前体选自三甲氧基硅烷、三乙氧基硅烷、甲基三甲氧基硅烷、甲基三乙氧基硅烷、乙基三甲氧基硅烷、乙基三乙氧基硅烷、丙基三甲氧基硅烷、丙基三乙氧基硅烷、异丁基三乙氧基硅烷、环氧丙氧丙基三甲氧基硅烷、环氧丙氧丙基三乙氧基硅烷、环己基三甲氧基硅烷、苯基三甲氧基硅烷、苯基三乙氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、烯丙基三甲氧基硅烷、烯丙基三乙氧基硅烷、二甲基二甲氧基硅烷、二甲基二乙氧基硅烷、二苯基二甲氧基硅烷、二苯基二乙氧基硅烷、(N,N-二甲基氨基丙基)三甲氧基硅烷、(N,N-二甲基氨基丙基)三乙氧基硅烷和N,N-{(2-氨基乙基)(3-氨基丙基)}三甲氧基硅烷或其组合。

23.一种车辆部件,其包括根据权利要求1所述的含有石墨烯的涂层膜。

24.根据权利要求23所述的车辆部件,其为前照灯。

25.一种车辆,其包括根据权利要求23所述的车辆部件。

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