明提供的石墨烯阻燃薄膜具有如下具体的优点:
[0046]I)热稳定性好,在600°C空气中能够保持2 70%的质量,且能够保持原有形状;
[0047]2)阻燃性能好,在酒精灯火焰上燃烧,与石墨烯薄膜相比能够保持明显更长的时间。
[0048]以下将通过实施例对本发明进行详细描述。
[0049]在没有特别说明的情况下,以下使用的各种材料均来自商购。[ΟΟδΟ] 扫描电子显微镜:日本电子,JSM-7500F冷场发射扫描电子显微镜;
[0051 ] X射线粉末衍射仪:布鲁克公司,DSAdvance;
[0052]热重分析仪:耐驰公司,STA 449C;
[0053]制备例I用于制备氧化石墨烯水溶液。
[0054]实施例1-9用于制备本发明所述的石墨烯阻燃薄膜。
[0055]制备例I
[0056]在冰水浴中装配好250mL的反应瓶,加入SOmL浓硫酸,搅拌下加入3g石墨粉和1.5g硝酸钠的固体混合物,再分批加入9g高锰酸钾,控制反应温度不超过10°C,搅拌30min,然后升温到35 °C左右,继续搅拌30min,再缓慢加入150mL的去离子水,继续搅拌20min后,加入适量双氧水还原残留的氧化剂,使溶液变为亮黄色。趁热过滤,并用5重量%的HCl溶液和去离子水洗涤至滤液中无硫酸根被检测到为止,装入透析袋透析,得到浓度为10.5mg/mL的氧化石墨稀溶液。对所制备的氧化石墨稀溶液进行稀释,得到浓度分别为lmg/mL、2mg/mL和3.5mg/ mL的氧化石墨稀溶液,备用。
[0057]实施例1
[0058]将1mg的六氯环三聚磷腈溶于0.5mL的N,N-二甲基甲酰胺中,然后与6mL浓度为
3.5mg/mL的氧化石墨烯溶液混合均匀,将混合均匀的溶液倒入玻璃培养皿中形成薄膜前体,在60°C下干燥48h,然后再用热压机于800°C下还原50min,得到平均厚度为21微米的石墨烯阻燃薄膜Ml,其中,通过元素分析(下同)可知,石墨烯的含量为67.7重量%,余量为阻燃剂。
[0059]由扫描电子显微镜测试可知石墨烯阻燃薄膜Ml的内部结构为层状结构。
[0060]图1是石墨烯阻燃薄膜Ml的X射线粉末衍射图,可以看到24.8°的特征衍射峰,说明氧化石墨稀被还原为石墨稀。
[0061]图2是石墨烯阻燃薄膜Ml与石墨烯薄膜的热重分析图,从图2中可以看出,石墨烯薄膜在600°C的空气中基本热分解完全;而石墨烯阻燃薄膜Ml在600°C (程序升温,在10°C/min升温条件下升温至600°C,下同)的空气中相对于初始质量能够保持88%的质量,并且能够保持原有的形状。
[0062]将石墨烯阻燃薄膜Ml与石墨烯薄膜分别放在酒精灯的火焰上燃烧,90s后石墨烯薄膜已经减少一半,而石墨烯阻燃薄膜Ml在燃烧120s后仍能够保持完好。
[0063]将所制得的石墨烯阻燃薄膜Ml接入一个连有发光二极管的电路中,由于石墨烯阻燃薄膜Ml的导电性比较好,小灯泡会被点亮,当用酒精灯的火焰去灼烧(灼烧的持续时间为120s)石墨烯阻燃薄膜Ml时,发光二极管会持续发光不受火焰的影响。当用石墨烯薄膜替换石墨烯阻燃薄膜Ml接入该连有发光二极管的电路中时,由于石墨烯薄膜的导电性比较好,小灯泡会被点亮;但是当用酒精灯的火焰去灼烧石墨烯薄膜时,由于石墨烯薄膜的阻燃性能很差,5s内就被烧断,发光二极管不再发光。
[0064]实施例2
[0065]将1.5mg的六氯环三聚磷腈溶于0.3mL的N,N-二甲基甲酰胺中,然后与6mL浓度为lmg/mL的氧化石墨烯溶液混合均匀,将混合均匀的溶液倒入玻璃培养皿中形成薄膜前体,在50°C下干燥40h,然后再用热压机于1000°C下还原lOmin,得到平均厚度为6微米的石墨烯阻燃薄膜M2,其中,石墨烯的含量为80.0重量%,余量为阻燃剂。
[0066]由扫描电子显微镜测试可知石墨烯阻燃薄膜M2的内部结构为层状结构。
[0067]对所制得的石墨烯阻燃薄膜M2进行X射线粉末衍射测试,可以看到24.8°特征衍射峰,说明氧化石墨烯被还原为石墨烯。
[0068]对所制得的石墨烯阻燃薄膜M2进行热重分析,可以看出,石墨烯阻燃薄膜M2在600°C的空气中相对于初始质量能够保持90 %的质量,并且能够保持原有的形状。
[0069]将石墨烯阻燃薄膜M2放在酒精灯的火焰上燃烧,石墨烯阻燃薄膜M2在燃烧120s后仍能够保持完好。
[0070]将所制得的石墨烯阻燃薄膜M2接入一个连有发光二极管的电路中,由于石墨烯阻燃薄膜M2的导电性比较好,小灯泡会被点亮,当用酒精灯的火焰去灼烧(灼烧的持续时间为120s)石墨烯阻燃薄膜M2时,发光二极管会持续发光不受火焰的影响。
[0071]实施例3
[0072]将1.3mg的六氯环三聚磷腈溶于0.3mL的N,N-二甲基甲酰胺中,然后与6mL浓度为2mg/mL的氧化石墨烯溶液混合均匀,将混合均匀的溶液倒入玻璃培养皿中形成薄膜前体,在35°C下干燥60h,然后再用热压机于600°C下还原lOOmin,得到平均厚度为12微米的石墨烯阻燃薄膜M3,其中,石墨烯的含量为90.2重量%,余量为阻燃剂。
[0073]由扫描电子显微镜测试可知石墨烯阻燃薄膜M3的内部结构为层状结构。
[0074]对所制得的石墨烯阻燃薄膜M3进行X射线粉末衍射测试,可以看到24.8°特征衍射峰,说明氧化石墨烯被还原为石墨烯。
[0075]对所制得的石墨烯阻燃薄膜M3进行热重分析,可以看出,石墨烯阻燃薄膜M3在600°C的空气中相对于初始质量能够保持87 %的质量,并且能够保持原有的形状。
[0076]将石墨烯阻燃薄膜M3放在酒精灯的火焰上燃烧,石墨烯阻燃薄膜M3在燃烧120s后仍能够保持完好。
[0077]将所制得的石墨烯阻燃薄膜M3接入一个连有发光二极管的电路中,由于石墨烯阻燃薄膜M3的导电性比较好,小灯泡会被点亮,当用酒精灯的火焰去灼烧(灼烧的持续时间为120s)石墨烯阻燃薄膜M3时,发光二极管会持续发光不受火焰的影响。
[0078]实施例4
[0079]本实施例采用与实施例1相似的方法进行,所不同的是:
[0080]本实施例中使用的阻燃剂为三聚氰胺。
[0081]其余均与实施例1中相同,得到石墨烯阻燃薄膜M4,其中,石墨烯的含量为67.7重量%,余量为阻燃剂。
[0082]针对石墨烯阻燃薄膜M4的相关测试结果如下:
[0083]由扫描电子显微镜测试可知石墨烯阻燃薄膜M4的内部结构为层状结构。
[0084]对所制得的石墨烯阻燃薄膜M4进行X射线粉末衍射测试,可以看到24.8°特征衍射峰,说明氧化石墨烯被还原为石墨烯。
[0085]对所制得的石墨烯阻燃薄膜M4进行热重分析,可以看出,石墨烯阻燃薄膜M4在600°C的空气中相对于初始质量能够保持75 %的质量,并且能够保持原有的形状。
[0086]将石墨烯阻燃薄膜M4放在酒精灯的火焰上燃烧,石墨烯阻燃薄膜M4在燃烧10s后仍能够保持完好。
[0087]将所制得的石墨烯阻燃薄膜M4接入一个连有发光二极管的电路中,由于石墨烯阻燃薄膜M4的导电性比较好,小灯泡会被点亮,当用酒精灯的火焰去灼烧(灼烧的持续时间为120s)石墨烯阻燃薄膜M4时,发光二极管会持续发光不受火焰的影响。
[0088]实施例5
[0089]本实施例采用与实施例2相似的方法进行,所不同的是:
[0090]本实施例中使用的阻燃剂为磷酸三苯酯。
[0091]其余均与实施例2中相同,得到石墨烯阻燃薄膜M5,其中,石墨烯的含量为80.0重量%,余量为阻燃剂。
[0092]针对石墨烯阻燃薄膜M5的相关测试结果如下:
[0093]由扫描电子显微镜测试可知石墨烯阻燃薄膜M5的内部结构为层状结构。
[0094]对所制得的石墨烯阻燃薄膜M5进行X射线粉末衍射测试,可以看到24.8°特征衍射峰,说明氧化石墨烯被还原为石墨烯。
[0095]对所制得的石墨烯阻燃薄膜M5进行热重分析,可以看出,石墨烯阻燃薄膜M5在600°C的空气中相对于初始质量能够保持76 %的质量,并且能够保持原有的形状。
[0096]将石墨烯阻燃薄膜M5放在酒精灯的火焰上燃烧,石墨烯阻燃薄膜M5在燃烧10s后仍能够保持完好。
[0097]将所制得的石墨烯阻燃薄膜M5接入一个连有发光二极管的电路中,由于石墨烯阻燃薄膜M5的导电性比较好,小灯泡会被点亮,当用酒精灯的火焰去灼烧(灼烧的持续时间为120s)石墨烯阻燃薄膜M5时,发光二极管会持续发光不受火焰的影响。
[0098]实施例6
[0099]本实施例采用与实施例3相似的方法进行,所不同的是:
[0100]本实施例中使用的阻燃剂为三聚氰胺和磷酸三苯酯(且两者的重量比为1:1)。
[0101]其余均与实施例3中相