本發(fā)明屬于高分子材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種graphene-OPBI 復(fù)合材料的制備方法。

背景技術(shù)：

目前，已經(jīng)有大量關(guān)于石墨烯（Graphene）的制備，以及在傳感器、透明導(dǎo)電薄膜、超級電容器、鋰離子電池以及聚合物復(fù)合材料等方面應(yīng)用的報(bào)道。石墨烯極強(qiáng)的力學(xué)性能，導(dǎo)電性及導(dǎo)熱性在制備聚合物復(fù)合材料方面顯得尤為重要，因?yàn)樗鼮橹苽涞统杀荆咝阅艿木酆衔锊牧咸峁┝撕艽蟮目赡苄?。近期的一些文獻(xiàn)也報(bào)道了石墨烯對于聚合物的增強(qiáng)效果可以媲美甚至優(yōu)于碳納米管（CNT）。但是，要將石墨烯優(yōu)良的性能完全利用到聚合物復(fù)合材料中，研究者們?nèi)匀恍枰冻鲈S多努力來解決以下幾個(gè)關(guān)鍵問題：一、石墨烯在聚合物基體中的分散；二、石墨烯與聚合物之間的作用力；三、在制備石墨烯時(shí)保持石墨烯本身優(yōu)良的物理性能。

在此前的文獻(xiàn)報(bào)道中，絕大部分石墨烯復(fù)合材料是通過 GO 為前驅(qū)體制備。通過對 GO 的表面改性和還原，雖然能解決石墨烯在聚合物之中的分散以及與聚合物之間的作用力的問題，但是在制備 GO 時(shí)，由于強(qiáng)氧化劑的作用，對石墨烯碳骨架有一定的破壞，雖然化學(xué)還原能去除掉大部分的含氧基團(tuán)，但是卻不能修復(fù)石墨烯中結(jié)構(gòu)的缺陷。由 GO 制備而得的石墨烯雖然也具有很高的楊氏模量（250GPa），但是要想得到更好的增強(qiáng)效果，就需要制備出缺陷少，分散好的石墨烯。同時(shí)，以 GO 為前驅(qū)體制備復(fù)合材料要經(jīng)過氧化及還原這一系列較為繁瑣的步驟，增加了成本及工作量。

超聲液相剝離是最近發(fā)展起來的一種簡便的制備石墨烯的方法，最先由 Coleman課題組報(bào)道。在他們的報(bào)道中，他們發(fā)現(xiàn)將石墨在 N-甲基吡咯烷酮（NMP）等表面能與石墨烯表面能相匹配的溶劑中直接超聲，再經(jīng)過離心除掉未剝離的石墨顆粒之后，就能得到分散性良好的石墨烯溶液。這種方法直接，簡單，而且得到的石墨烯缺陷少，但是得到的石墨烯溶液濃度非常?。ā?.01mg/ml），限制了這種方法在聚合物復(fù)合材料等領(lǐng)域的應(yīng)用。這個(gè)問題在其他溶劑體系或含表面活性劑的水溶液中同樣存在。隨后，Coleman 等人證明了延長超聲時(shí)間能將石墨烯濃度提高到 1.2mg/ml，但是如此長的超聲時(shí)間（460h）并不適合石墨烯在實(shí)際中的應(yīng)用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對上述問題，本發(fā)明旨在提供一種graphene-OPBI 復(fù)合材料的制備方法。

一種graphene-OPBI 復(fù)合材料的制備方法，步驟如下：

（1）將0.12g石墨粉分散在60ml甲烷磺酸中，將體系密封，避免與空氣接觸，將混合液在低功率超聲儀中超聲分散2小時(shí)；將超聲完成的溶液在3000轉(zhuǎn)/分的轉(zhuǎn)速下離心90分鐘除去未剝離的石墨顆粒，上層溶液即為石墨烯溶液；

（2）在100ml三口瓶中將甲烷磺酸/石墨烯溶液與純甲烷磺酸溶液混合，得到總體積為30ml的溶液，調(diào)整甲烷磺酸/石墨烯溶液與純甲烷磺酸溶液的體積比使石墨烯的含量達(dá)到0.6wt%，在其中再加入5g五氧化二磷，攪拌直至溶解；隨后在體系中加入5mmol 3,3’-二氨基聯(lián)苯以及5mmol 4,4’-二苯甲酸醚，升溫至140°C，在氮?dú)夥諊聰嚢璺磻?yīng)4分鐘；隨后將產(chǎn)物沉析至冰水中，用5%的碳酸氫鈉溶液洗滌24小時(shí)后，再用去離子水洗滌24小時(shí)，烘干后得到graphene-OPBI復(fù)合材料。

石墨烯在甲烷磺酸中的濃度由如下所述方法所測得：將已知體積的甲烷磺酸/石墨烯溶液倒入冰水中，離心并多次用去離子水洗滌，最后將石墨烯在已知重量的抽濾膜上過濾，烘干，稱重，得到石墨烯的質(zhì)量。

本發(fā)明中，為了制備缺陷較少的石墨烯，并且提高石墨烯的產(chǎn)量從而簡化對石墨烯基復(fù)合材料的制備，我們選用了一種溫和的質(zhì)子酸-甲烷磺酸（MSA）做為溶劑對石墨進(jìn)行了直接超聲液相剝離，我們發(fā)現(xiàn)石墨烯在這種溶劑中的剝離率效率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于石墨烯在其他有機(jī)溶劑體系中的剝離效率，而且剝離后的石墨烯能很好地分散在一些有機(jī)溶劑當(dāng)中。所得到石墨烯的分散性均勻，結(jié)構(gòu)相對完整。為了證明這種方法對于制備聚合物復(fù)合材料的有效性，我們在石墨烯的MSA溶液中直接原位聚合制備了聚醚型苯并咪唑（OPBI）與石墨烯的復(fù)合材料，復(fù)合材料的物理性能大大提高。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合具體實(shí)施例對本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說明。

一種graphene-OPBI 復(fù)合材料的制備方法，步驟如下：

（1）將0.12g石墨粉分散在60ml甲烷磺酸中，將體系密封，避免與空氣接觸，將混合液在低功率超聲儀中超聲分散2小時(shí)；將超聲完成的溶液在3000轉(zhuǎn)/分的轉(zhuǎn)速下離心90分鐘除去未剝離的石墨顆粒，上層溶液即為石墨烯溶液；

（2）在100ml三口瓶中將甲烷磺酸/石墨烯溶液與純甲烷磺酸溶液混合，得到總體積為30ml的溶液，調(diào)整甲烷磺酸/石墨烯溶液與純甲烷磺酸溶液的體積比使石墨烯的含量達(dá)到0.6wt%，在其中再加入5g五氧化二磷，攪拌直至溶解。隨后在體系中加入5mmol 3,3’-二氨基聯(lián)苯以及5mmol 4,4’-二苯甲酸醚，升溫至140°C，在氮?dú)夥諊聰嚢璺磻?yīng)4分鐘；隨后將產(chǎn)物沉析至冰水中，用5%的碳酸氫鈉溶液洗滌24小時(shí)后，再用去離子水洗滌24小時(shí)，烘干后得到graphene-OPBI復(fù)合材料。

石墨烯在甲烷磺酸中的濃度由如下所述方法所測得：將已知體積的甲烷磺酸/石墨烯溶液倒入冰水中，離心并多次用去離子水洗滌，最后將石墨烯在已知重量的抽濾膜上過濾，烘干，稱重，得到石墨烯的質(zhì)量。