一种控制CVD石墨烯智能形变的方法

摘要

本发明属于智能材料制备技术领域，涉及一种控制CVD石墨烯智能形变的方法，先利用化学气相沉积方法制备得到CVD石墨烯；再利用RAFT聚合制备温敏性聚合物聚N‑异丙基丙烯酰胺，然后将带有芘官能团的聚N‑异丙基丙烯酰胺溶解在去离子水中配制得到水溶液，将CVD石墨烯放入水溶液中搅拌后取出室温下晾干，得到具有CVD石墨烯和温敏性聚合物的胶带后置于烘箱中，升高或降低温度，观察其形状变化；首次实现了CVD石墨烯的可控智能形变，方法简单，可操作性强，应用范围广泛，为石墨烯智能材料的应用提供了一种新方法。

权利要求

1.一种控制CVD石墨烯智能形变的方法，其特征在于具体包括以下步骤：一、利用CVD方法制备石墨烯：

(1)将铜片装载到石英管式炉中，首先通氢气，然后加热到升温到1000℃,保持H2的压力

40mTorr，流量为2SCCM；

(2)以35SCCM的流量向石英管式炉中通入甲烷气体，引入甲烷气体后，保持通气时间60～90min，然后将石英管式炉降至室温；

(3)、取出铜片，将铜片转移到胶带上，然后用5mg/ml的硝酸铁溶液腐蚀掉铜片，即制备得到CVD石墨烯；

二、利用RAFT聚合制备温敏性聚合物聚N-异丙基丙烯酰胺：(1)、RAFT试剂的改性，将合成好的RAFT-COOH试剂与芘甲醇按照重量比为1.3:1的比例反应生成含有芘官能团的RAFT试剂；

(2)、将N-异丙基丙烯酰胺单体、含有芘官能团的RAFT试剂、偶氮二异丁腈按照重量比为600:3:1的比例在65℃的温度下反应12h，即得到含有芘官能团的聚N-异丙基丙烯酰胺；

三、将带有芘官能团的聚N-异丙基丙烯酰胺溶解在去离子水中得到5mg/ml的水溶液，将步骤一制备的CVD石墨烯放入上述水溶液中搅拌6h，取出室温下晾干得到具有CVD石墨烯和温敏性聚合物的胶带后置于烘箱中，升高或降低温度，观察其形状变化。

说明书

一种控制CVD石墨烯智能形变的方法

技术领域：

[0001] 本发明属于智能材料制备技术领域，涉及一种控制CVD石墨烯智能形变的方法，利用具有改性RAFT可控自由基聚合和CVD石墨烯之间的π-π作用进行连接，从而实现温敏性聚合的形变带动CVD石墨烯的形变，而且这种形变是智能可控的形变，将在石墨烯的智能材料领域得到广泛的应用。背景技术：

[0002] 可逆加成-断裂链转移聚合(Reversible Addition-Fragmentation Chain Transfer Polymerization，简称RAFT)是一种活性/可控自由基聚合，RAFT的优点是适用的单体范围广，除了常见单体外，丙烯酸、对乙烯基苯磺酸钠、甲基丙烯酸羟乙酯、甲基丙烯酸胺基乙酯等质子性单体或酸、碱性单体均可顺利聚合，十分有利于含特殊官能团烯类单体的聚合反应，不需要使用昂贵的试剂(如TEMPO)，也不会导致杂质或残存试剂(如ATRP中过渡金属离子、联吡啶等)难以从聚合产物中除去，不仅分子量分布较窄(一般都在1.3以下)，而且聚合温度也较低，一般在60-70℃下即可进行，分子的设计能力强，可以用来制备嵌段、接枝、星型共聚物，而改性的RAFT聚合为高分子与其它材料的结合应用提供了更为广泛的可能。

[0003] 石墨烯(Graphene)是从石墨材料中剥离出来、由碳原子组成的只有一层原子厚度的二维晶体。2004年，英国曼彻斯特大学物理学家安德烈·盖姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫，成功从石墨中分离出石墨烯，证实它可以单独存在，两人也因此共同获得2010年诺贝尔物理学奖。石墨烯既是最薄的材料，也是最强韧的材料，断裂强度比最好的钢材还要高200倍，同时它又有很好的弹性，拉伸幅度能达到自身尺寸的20％，石墨烯是目前自然界最薄、强度最高的材料。石墨烯目前最有潜力的应用是成为硅的替代品，制造超微型晶体管，用来生产未来的超级计算机。用石墨烯取代硅，计算机处理器的运行速度将会快数百倍，而且，石墨烯几乎是完全透明的，只吸收2.3％的光；另一方面，石墨烯非常致密，即使是最小的气体原子(氦原子)也无法穿透，这些特征使得石墨烯非常适合作为透明电子产品的原料，如透明的触摸显示屏、发光板和太阳能电池板。作为目前发现的最薄、强度最大、导电导热性能最强的一种新型纳米材料，石墨烯被称为“黑金”，是“新材料之王”，科学家甚至预言石墨烯将“彻底改变21世纪”。极有可能掀起一场席卷全球的颠覆性新技术新产业革命。CVD(化学气相沉积)石墨烯具有产物质量高生长面积大等优点，CVD法是目前最有可能实现工业化制备高质量、大面积石墨烯的方法。但是尚未见有将高分子聚合物和石墨烯相结合制备智能形变材料的公开报道。因此，寻求设计一种控制CVD石墨烯智能形变的方法，将高分子聚合物与石墨烯的结合，使其更加充分的发挥它们之间的结合优势，为 CVD石墨烯在功能复合材料的应用领域发挥重要的作用，具有非常重要的意义和实用价值。发明内容：

[0004] 本发明的目的在于克服现有技术存在的缺点，寻求设计提供一种控制CVD石墨烯智能形变的方法，结合高分子聚合物和CVD石墨烯的优点，实现温敏性聚合的形变带动CVD石墨烯的形变。

[0005] 为了实现上述目的，本发明的具体工艺包括以下步骤：

[0006] 一、利用CVD(化学气相沉积)方法制备石墨烯：

[0007] (1)将铜片装载到石英管式炉中，首先通氢气，然后加热到升温到900～1200℃,保持H2的压力20～60mTorr，流量为1～5SCCM；

[0008] (2)以20～55SCCM的流量向石英管式炉中通入甲烷气体，引入甲烷气体后，保持通气时间60～90min，然后将石英管式炉降至室温；

[0009] (3)、取出铜片，将铜片转移到胶带上，然后用浓度为5～10mg/ml 的硝酸铁溶液腐蚀掉铜片，即制备得到CVD石墨烯；

[0010] 二、利用RAFT聚合制备温敏性聚合物聚N-异丙基丙烯酰胺

[0011] (PNIPAAm)：

[0012] (1)、RAFT试剂的改性，将合成好的RAFT-COOH试剂与芘甲醇按照重量比1.3:1～1.5:1的比例反应生成含有芘官能团的RAFT试剂；

[0013] (2)、将N-异丙基丙烯酰胺单体、含有芘官能团的RAFT试剂 (Py-RAFT)、偶氮二异丁腈(AIBN)按照重量比为600:3:1～1000:5:1 的比例在65～90℃的温度下反应10～24h，即得到含有芘官能团的聚 N-异丙基丙烯酰胺(PNIPAAm)；

[0014] 三、将带有芘官能团的聚N-异丙基丙烯酰胺溶解在去离子水中配制得到5～10mg/ml的水溶液，将步骤一制备的CVD石墨烯放入水溶液中搅拌6～12h，取出室温下晾干得到具有CVD石墨烯和温敏性聚合物的胶带后置于烘箱中，升高或降低温度，观察其形状变化。

[0015] 本发明与现有技术相比，首次实现了CVD石墨烯的可控智能形变，方法简单，可操作性强，应用范围广泛，将为石墨烯智能材料的应用提供一种新的先进的方法。附图说明：

[0016] 图1为本发明的工作原理流程示意图。

[0017] 图2为本发明所述CVD石墨烯的智能形变图。具体实施方式：

[0018] 下面通过实施例并结合附图对本发明做进一步说明。

[0019] 实施例：

[0020] 本实施例的具体工艺包括以下步骤：

[0021] 一、利用CVD(化学气相沉积)方法制备石墨烯：

[0022] (1)将铜片装载到石英管式炉中，首先通氢气，然后加热到升温到1000℃,保持H2的压力40mTorr，流量为2SCCM；

[0023] (2)以35SCCM的流量向石英管式炉中通入甲烷气体，引入甲烷气体后，保持通气时间60～90min，然后将石英管式炉降至室温；

[0024] (3)、取出铜片，将铜片转移到胶带上，然后用硝酸铁溶液(5 mg/ml)腐蚀掉铜片，即制备得到CVD石墨烯；

[0025] 二、利用RAFT聚合制备温敏性聚合物聚N-异丙基丙烯酰胺 (PNIPAAm)：

[0026] (1)、RAFT试剂的改性，将合成好的RAFT-COOH试剂与芘甲醇按照重量比为1.3:1的比例反应生成含有芘官能团的RAFT试剂；

[0027] (2)、将N-异丙基丙烯酰胺单体、Py-RAFT、AIBN按照重量比为600:3:1的比例在65℃的温度下反应12h，即得到含有芘官能团的聚N-异丙基丙烯酰胺(PNIPAAm)；

[0028] 三、将带有芘官能团的聚N-异丙基丙烯酰胺溶解在去离子水中得到5mg/ml的水溶液，将步骤一制备的CVD石墨烯放入上述水溶液中搅拌6h，取出室温下晾干得到具有CVD石墨烯和温敏性聚合物的胶带后置于烘箱中，升高或降低温度，观察其形状变化，其形变结果如图2所示。