專利名稱：一種導電云母粉及其制備方法
技術領域：
本發明涉及一種導電云母粉及其制備方法，屬于新材料領域。
背景技術：
大多數的高分子材料具有優異的加工性和絕緣性，因而廣泛用作電子儀器儀表的殼體以及航天飛機導彈的表面涂裝材料。然而，具有高絕緣性的高分子材料，當其表面受到摩擦或撞擊時，很容易產生和積累靜電。當靜電積累到一定程度就會產生靜電放電，引起各種精密儀器、精密電子元器件被擊穿而報廢，甚至會引起易燃、易爆物起火或爆炸，造成巨大的惡性事故。導靜電涂料就是為了消除靜電危害而發展起來的一種功能性涂料。由于其生產設備簡單。施工方便、成本 低廉等特點，導靜電涂料在近年來得到了廣泛的應用。導電填料是各種導靜電涂料的關鍵材料。目前應用較多的導電填料主要有炭黑和金屬粉末(銀、銅、鎳)。但是這些導電填料都因有缺陷而沒有得到很廣泛的應用。金屬粉術要么價格昂貴，要么導電性能不穩定，容易氧化，或者比重較大，容易沉降，顏色較深。炭黑價格便宜，原料易得，比重較小，導電性好，但是顏色較深，不易調控，且很難分散。因此，近年來國內外致力于開發復合型導電填料。復合型導電填料就是以一種價廉、質輕的材料(如玻璃、云母、石墨等)作為基底或芯材，在其表面包復一層或幾層化學穩定性好、耐腐蝕性強、電導率高的導電物質(如銀、鎳、銅、碳納米管等)而得到的復合材料。根據Limei Y等(Limei Y, LixinZ.PAINT & COATINGS INDUSTRY.1998 ；11.)的報導，導電云母具有以下的優點而受到重視:
(I)比重小，不易于沉降；(2)云母呈片狀，比表面積大，導電性好；(3)有珍珠光澤，可使涂層表面平滑美觀；(4)顏色可調；(5)原料豐富、價格便宜；(6)制備方法簡單多樣，易于實現工業化。自20世紀90年代以來，碳微納米結構材料以其獨特的結構和優異的性能引起了許多研究者的高度關注，碳納米管就是其代表。近年來，石墨烯的問世又引起了全世界的研究熱潮。它不僅是已知材料中最薄的一種(理論厚度僅有0.35nm)，還擁有很高的強度(IlOGPa)和良好的導熱性[3000W/(m*K)]，化學穩定性也相當好；并且作為單質，它在室溫下傳遞電子的速度比已知導體都快。因此，用石墨烯或者石墨烯與碳納米管的復合物作為導電包覆材料，將其與云母復合，可望達到很好的導電效果，且由于添加量少，制備出的導電云母粉顏色較淺，還可根據需要進行調變。
發明內容
本發明的目的是通過簡單的過程實現石墨烯或者石墨烯復合物與云母粉的均勻復合，獲得性能優良的導電云母粉。本發明目的通過如下過程實現:先制取氧化石墨烯或者氧化石墨烯復合物的分散液A以及云母粉懸浮液B，在強烈攪拌懸浮液B的情況下將分散液A滴加到懸浮液B中，實現石墨烯或者石墨烯復合物對云母微晶片的包覆，再經過還原、過濾、洗滌、干燥等后處理，獲得導電云母粉。本發明所使用的氧化石墨烯分散液通過如下步驟制備:以天然鱗片石墨為原料，以高錳酸鉀和濃硫酸作為氧化劑，先后經過低溫、中溫和高溫反應后，加入雙氧水，再用適量的稀鹽酸和去離子水離心洗滌，最后得到氧化石墨烯溶膠。取少量溶膠加入去離子水，超聲后得到氧化石墨烯分散液。本發明所使用的云母粉懸浮液通過如下步驟制備:在容器中加入一定量的去離子水和分散劑，強力攪拌，將計算量的云母粉緩慢加入，獲得云母粉懸浮液。本發明所使用的石墨烯復合物為石墨烯與碳納米管的復合物，通過將一定量的碳納米管分散在石墨烯分散液 中獲得，石墨烯與碳納米管的質量含量比為90 50: 10 50。本發明中包覆在云母微晶片表面的氧化石墨烯可通過如下方法還原:取一定量的氧化石墨烯包覆云母微晶片的懸浮液放入反應器中，加入適量還原劑進行還原，還原后可得到導電性良好的還原石墨烯，或者將氧化石墨烯包覆云母微晶片后獲得的復合粉體放入管式爐中，在惰性氣體保護下進行高溫還原，通入一定量的氫氣效果更好。本發明中所使用的還原劑包括水合肼、鹽酸羥胺、硼氫化鈉、還原鐵粉。本發明中所使用的高溫還原溫度為900 1100°C，所使用的惰性氣體首選高純氬氣。本發明中所使用的云母粉為白云母粉，由云母微晶片組成。云母微晶片的徑向尺寸3 15微米、厚度0.05 5微米。本發明中所使用的分散劑為陽離子型表面活性劑，優選為十六烷基三甲基溴化銨。本發明制備的導電云母粉的過程是把氧化石墨烯的還原和導電云母粉的制備融合為一個過程，相比起來省去了還原后的石墨烯的分散步驟。眾所周知，還原后的石墨烯非常容易團聚，并且團聚后很難再分散開。分散還原后的石墨烯通常需要超聲、球磨，這在工業化生產中存在難以放大的問題，同時還要消耗昂貴的表面活性劑。本發明直接利用了氧化石墨烯易于分散的優勢，將其先與云母粉均勻復合，再將復合粉體還原。與文獻報道所制備的導電云母相比，本發明最大的特征在于使用了石墨烯或者石墨烯和碳納米管的復合物作為導電材料，只通過簡單地步驟就將其與云母粉復合，得到了導電云母粉，并且制備出的導電云母粉體積電阻率小，顏色較淺，制備過程簡單易于操作，原料易得且價格低廉，有利于實現工業制備。本發明方法還可用于制備石墨烯/鈦白粉、石墨烯/炭黑、石墨烯/高分子微球等石墨烯復合粉體。
圖1(a)是實施例1中得到的導電云母粉的掃描電鏡照片。由圖可見石墨烯片層包裹在云母微晶片的表面上，部分石墨烯插入到了云母片之間的縫隙中。圖1(b)是實施例1中得到的導電云母粉的透射電鏡照片。由圖可見云母微晶片的邊緣有很薄的石墨烯片層。圖2是實施例8中得到的導電云母粉的掃描電鏡照片。由圖可見石墨烯和碳納米管的復合物包裹在云母微晶片的表面，形成導電網絡。
具體實施例方式以下是本發明的實施例。實施例1稱取4克白云母粉，加入200毫升去離子水和0.446克分散劑十六烷基三甲基溴化銨(即質量百分含量為10%)，攪拌均勻后備用。稱取35.84克氧化石墨烯溶膠，其固含量為1.24%，加入50毫升去離子水，超聲15分鐘后得到氧化石墨烯分散液。將氧化石墨烯分散液以每秒一滴的速度，滴加入白云母的懸浮液中(反加效果相同)，滴加的過程中不斷用磁子攪拌，之后將其移入反應器中，加入4.5克硼氫化鈉還原，在100°C下回流8小時。回流結束后經過抽濾、洗滌和干燥，最后得到石墨烯包覆質量百分含量為10%的導電云母粉，并測得其體積電阻率為235.85 Ω.cm。實施例2、3、4、5見下表:
權利要求
1.一種導電云母粉，其特征在于所述導電云母粉由云母粉與石墨烯或者與石墨烯復合物復合而成。
2.—種權利要求1所述導電云母粉的制備方法，其特征在于包括以下步驟:①以云母粉為芯材，將云母粉在水中攪拌均勻形成云母粉懸浮液；②將石墨烯或者石墨烯復合物在分散劑和超聲作用下形成石墨烯分散液；③將此石墨烯分散液滴加到攪動的云母粉懸浮液中，反加亦可，并不斷攪拌，使石墨烯或者石墨烯復合物包覆到云母微晶片表面將混合后的懸浮液轉移到反應器中，進行還原、過濾、洗滌、干燥等后處理，最后得到導電云母粉。
3.根據權利要求1所述的導電云母粉，其特征在于所述石墨烯或者石墨烯復合物質量百分含量為I 30 %，云母粉質量百分含量為70 99 %。
4.根據權利要求1所述的導電云母粉，其特征在于所述的石墨烯為單層石墨烯、多層石墨烯或者氧化石墨烯。
5.根據權利要求1所述的導電云母粉，其特征在于所述的石墨烯復合物為石墨烯與碳納米管的復合物。
6.根據權利要求5所述的導電云母粉，其特征在于所述的石墨烯復合物中碳納米管質量百分含量為10-50%，石墨烯的質量百分含量為50-90%。
7.根據權利要求2所述的制備方法，其特征在于所使用的云母粉為徑向尺寸3 15微米，厚度0.05 5微米的白云母粉。
8.根據權利要求2所述的制備方法，其特征在于所用的導電包覆材料的分散劑為陽離子型表面活性劑。
9.根據權利要求2所述的制備方法，其特征在于所述的超聲作用是通過帶超聲頭的超聲破碎設備實現的。
10.根據權利要求2所述的還原，其特征在于所述的還原可以用水合肼、硼氫化鈉和氫氣等還原劑進行還原，也可以是高溫還原。
全文摘要
本發明公開了一種導電云母粉及其制備方法。所述的導電云母粉由云母粉與石墨烯或者與石墨烯復合物復合而成，云母粉質量百分含量占70～99％，石墨烯或者石墨烯復合物質量百分含量占1～30％。所述石墨烯復合物為石墨烯與碳納米管的復合物。所述的制備方法是將石墨烯或者石墨烯復合物在分散劑作用下通過超聲處理形成均勻的分散液，再將該分散液滴加到云母粉懸浮液中，實現石墨烯或者石墨烯復合物對云母微晶片的吸附包覆，之后經過還原、過濾、洗滌、干燥等后處理得到導電云母粉。本發明制備的導電云母粉導電性能優良，且可通過控制石墨烯或者石墨烯復合物的添加量來控制導電云母粉體積電阻率的大小以及導電云母粉顏色的深淺。
文檔編號C01B33/42GK103183353SQ20121059716
公開日2013年7月3日 申請日期2012年12月29日 優先權日2011年12月29日
發明者瞿美臻, 張靜嫻 申請人:中國科學院成都有機化學有限公司