CN108219139A - 一种官能化石墨烯及其制备方法和聚有机硅氧烷 - Google Patents

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Abstract

本申请提供了一种官能化石墨烯，该官能化石墨烯是指表面接枝一个或多个活性分子的石墨烯，该活性分子包括多个端基官能团，该多个端基官能团包括至少两个活性官能团。由于该活性官能团能够和有机硅油中的分子发生化学反应，因此该官能化石墨烯能够比较均匀的溶于该有机硅油，进而使得利用该官能化石墨烯制备的聚有机硅氧烷具有良好的导热性能。另外，本申请还提供了该官能化石墨烯的制备方法和相应的聚有机硅氧烷。

Description

一种官能化石墨烯及其制备方法和聚有机硅氧烷
技术领域
本申请涉及导热技术领域，尤其涉及一种官能化石墨烯，该官能化石墨烯的制备方法和采用该官能化石墨烯制得的聚有机硅氧烷。
背景技术
石墨烯作为新型的导热填料，由于具有大于3000W/mk的超高导热系数，因此成为目前开发高性能导热材料的研究热点。已有研究表明，在有机硅油中添加重量百分比位于5％-10％区间内的石墨烯，可得到导热系数大于2W/mk的有机硅树脂。而在有机硅油中添加常规的导热填料(比如氧化铝)的情况下，如果要得到具有相同导热系数的有机硅树脂，则需要在有机硅油中添加重量百分比位于60％-90％区间的导热填料。也即，为了得到具有相同导热系数的有机硅树脂，需要在有机硅油中添加的石墨烯的重要百分比要远小于需要在有机硅油中添加的常规导热填料的重要百分比。
但是，石墨烯与有机硅油的相容性比较差，将石墨烯添加到有机硅油中后，石墨烯很容易团聚在一起。
发明内容
本申请提供一种官能化石墨烯，该官能化石墨烯与有机硅油的相容性比现有技术中石墨烯与有机硅油的相容性要好。进一步的，本申请还提供了该官能化石墨烯的制备方法和采用该官能化石墨烯制得的聚有机硅氧烷。
第一方面，本申请提供一种官能化石墨烯，该官能化石墨烯包括一个或多个活性分子和石墨烯，多个该活性分子之间是相互隔离的。
其中，每一该活性分子均通过C-O-Si共价键接枝在所述石墨烯的上，且至少一个该活性分子通过多个所述C-O-Si共价键接枝在所述石墨烯的上，所述C-O-Si共价键中的C来自所述石墨烯。需要说明的是，所谓的多个是指两个以上。
该活性分子的主链结构为至少两个Si-O键串联后，再与Si键串联的结构，或为Si-O-Si结构。每一个该活性分子具有包括至少两个活性官能团。
可选的，每一个所述活性分子具有，每一端基官能团与所述主链结构中的一个Si连接。所述多个端基官能团包括所述至少两个活性官能团。
可选的，所述多个端基官能团中每一端基官能团均直接与所述主链结构中的一个Si连接。
可选的，所述多个端基官能团中每一端基官能团均通过烷基等链基与主链结构中的一个Si连接。
可选的，所述多个端基官能团中，一部分端基官能团中的每一端基官能团均直接与所述主链结构中的一个Si连接，另一部分端基官能团中的每一端基官能团均通过烷基等链基与主链结构中的一个Si连接。
在上述实施例中，由于该官能化石墨烯是指接枝有一个或活性分子的石墨烯，每一活性分子具有至少两个活性官能团，因此在该官能化石墨烯分散到有机硅油后，该至少两个活性官能团能与该有机硅油中的分子发生化学反应，所以该官能化石墨烯与有机硅油的相容性要好于现有技术中的石墨烯与有机硅油的相容性。
进一步的，在该官能化石墨烯中，至少一个活性分子通过两个以上的C-O-Si共价键接枝在石墨烯的表面。也即，至少一个该活性分子是由接枝在石墨烯表面的两个以上的硅烷发生聚合反应后得到的。所以，相对于每一个硅烷通过一个C-O-Si共价键接枝在石墨烯的表面来说，至少一个该活性分子将以类似网状的结构覆盖在该石墨烯的表面，也即覆盖的面积更大。因此，本申请提供的官能化石墨烯相对于表面接枝硅烷的官能化石墨烯来说，具有更低的导电率。
结合第一方面，在第一种可能的实施方式下，所述官能化石墨烯中碳元素的重量百分比大于或等于50％且小于或等于99.8％，氧元素的重量百分比大于或等于0.1％且小于或等于49.9％，硅元素的重量百分比大于或等于0.1％且小于或等于49.9％。
本申请提供的官能化石墨烯中，除了碳元素之外，还具有氧元素和硅元素。因此，相对于现有技术的石墨烯来说，本申请提供的官能化石墨烯具有更低的导电率。
结合第一方面或第一方面的第一种可能的实施方式，在第二种可能的实施方式下，所述石墨烯为单层石墨烯或多层石墨烯。
在所述石墨烯为单层石墨烯的情况下，所述活性分子接枝在所述单层石墨烯的表面。
在所述石墨烯为多层石墨烯的情况下，所述活性分子接枝在所述多层石墨烯的表面，或接枝在所述多层石墨烯中相邻两层石墨烯之间。其中，所述多层石墨烯的表面是指位于该多层石墨烯最边缘的两层石墨烯的外表面。需要说明的是，最边缘的每一石墨烯朝向与其相邻的一层石墨烯的表面为内表面，外表面与内表面是相对的。也即，在所述石墨烯为多层石墨烯的情况下，所述活性分子可以接枝在所述多层石墨烯的内部，也可以接枝在所述多层石墨烯的表面(或边缘)。
结合第一方面、第一方面的第一种可能的实施方式或第一方面的第二种可能的实施方式，在第三种可能的实施方式下，所述至少两个活性官能团包括至少一个硅氢键或不饱和键和至少一个含氧的可水解基团。
可选的，所述不饱和键为碳碳双键或碳碳三键。
其中，该碳碳双键可以为乙烯基或丙烯基。
结合第一方面的第三种可能的实施方式，在第四种可能的实施方式下，所述含氧的可水解基团为烷氧基或酰氧基。需要说明的是，所述含氧的可水解基团也即可水解生成硅醇的基团。
结合第一方面或第一方面的第一种可能的实施方式至第一方面的第四种可能的实施方式中任一种实施方式，在第五种可能的实施方式下，所述石墨烯为石墨烯纳米片、氧化石墨烯或还原的氧化石墨烯。
结合第一方面或第一方面的第一种可能的实施方式至第一方面的第五种可能的实施方式中任一种实施方式，在第六种可能的实施方式下，在所述石墨烯为石墨烯纳米片的情况下，所述官能化石墨烯的横向尺寸大于或等于0.1微米且小于或等于150微米。
在所述石墨烯为氧化石墨烯或还原的氧化石墨烯的情况下，所述官能化石墨烯的横向尺寸大于或等于1微米且小于或等于150微米。
应当知道的是，在本实施例中，该官能化石墨烯的横向尺寸越大，则该官能化石墨烯的导热性能越好。
结合第一方面或第一方面的第一种可能的实施方式至第一方面的第六种可能的实施方式中任一种实施方式，在第七种可能的实施方式下，所述官能化石墨烯的导电率为大于或等于10-8S/m且小于或等于1000S/m.
需要说明的是，石墨烯的导电率通常大于1000S/m。比如，石墨烯的导电率大于或等于8000S/m且小于或等于10000S/m.由此可见，本申请提供的官能化石墨烯的导电率要小于现有技术中石墨烯的导电率。
结合第一方面或第一方面的第一种可能的实施方式至第一方面的第七种可能的实施方式中任一种实施方式，在第八种可能的实施方式下，该石墨烯的厚度是纳米级的。可选的，所述石墨烯的平均厚度大于0.3纳米且小于或等于20纳米。
应当知道的是，石墨烯的厚度越厚，则该石墨烯的导电率越高，且导热性能越差。这是因为，石墨烯的厚度越厚，意味着该石墨烯的层数越多，由于相邻两层之间的热阻比较大，所以该石墨烯的导热性能会比较差。还应当知道的是，在本申请中，沿着石墨烯的厚度方向，该石墨烯不同位置的厚度相差并不大，或者说，相差是很小的，该石墨烯不同位置的厚度均接近于平均厚度。所以，本实施例中，选取的石墨烯的平均厚度比较小，从而利用该石墨烯制得的所述官能化石墨烯的导电率比较低且导热性比较好。
结合第一方面或第一方面的第一种可能的实施方式至第一方面的第八种可能的实施方式中任一种实施方式，在第九种可能的实施方式下，所述石墨烯的横向尺寸大于或等于3微米且小于或等于300微米。
值得注意的是，石墨烯的横向尺寸越大，利用该石墨烯制得的官能化石墨烯的横向尺寸也越大，进而该官能化石墨烯的导热性越好。
结合第一方面或第一方面的第一种可能的实施方式至第一方面的第九种可能的实施方式中任一种实施方式，在第十种可能的实施方式下，所述石墨烯中碳的重量百分比大于或等于40％且小于或等于99.9％，氧的重量百分比大于或等于0.1％且小于或等于60％.
需要说明的是，石墨烯中包含氧的目的是为了接枝活性官能团。通常来说，石墨烯中氧的含量越高，则利用该石墨烯制得的官能化石墨烯中含有的活性分子的数量就越多。其中，该官能化石墨烯中含有的活性分子的数量越多，该官能化石墨烯的导电率就越低。
第二方面，本申请提供的一种制备官能化石墨烯的方法。
具体的，该制备方法包括：
对分散有石墨烯和硅烷偶联剂的溶液进行加热处理，得到第一溶液，所述第一溶液中分散有表面接枝硅烷的石墨烯。所述表面接枝硅烷的石墨烯是由所述硅烷偶联剂的可水解基团与所述石墨烯表面的含氧官能团发生化学反应得到的。
对所述第一溶液进行加热处理，得到第二溶液，所述第二溶液中分散有所述官能化石墨烯。其中，所述官能化石墨烯中的活性分子是接枝在所述表面接枝硅烷的石墨烯表面的至少两个硅烷发生聚合反应得到的。
对所述第二溶液进行干燥处理，得到如第一方面或第一方面的任一种实施方式中所述的官能化石墨烯。
在本实施例中，由于该官能化石墨烯具有多个端基官能团，且该多个端基官能团包括至少两个活性官能团，因此在该官能化石墨烯分散到有机硅油后，该至少两个活性官能团能与该有机硅油中的分子发生化学反应，所以该官能化石墨烯与有机硅油的相容性要好于现有技术中的石墨烯与有机硅油的相容性。
另外，在本实施例中，通过对第一溶液进行加热，使得接枝在该石墨烯表面的至少两个硅烷发生聚合反应，得到接枝在所述石墨烯表面的活性分子。由于每一个硅烷是通过一个C-O-Si共价键接枝在石墨烯的表面的，则相应的，每一活性分子通过至少两个C-O-Si共价键接枝在该石墨烯的表面。由于每一活性分子是通过至少两个硅烷通过聚合反应得到的，所以相对于一个硅烷的形状来说，每一活性分子的形状更类于网状，也即每一活性分子在该石墨烯的表面覆盖的范围要大于反应得到对应活性分子的至少两个硅烷在该石墨烯的表面覆盖的范围。因此，利用本申请提供的制备方法制得的官能化石墨烯相对于表面接枝硅烷的官能化石墨烯来说，具有更低的导电率。
结合第二方面，在第一种可能的实施方式下，所述第一溶液中还分散有所述硅烷偶联剂。相应的，所述官能化石墨烯中的活性分子是所述接枝硅烷的石墨烯表面接枝的至少两个硅烷之间发生聚合反应得到的，或者，是所述接枝硅烷的石墨烯表面接枝的至少一个硅烷与所述硅烷偶联剂发生聚合反应得到的。
在本实施例中，所述活性分子通过至少两个硅烷发生聚合反应得到，或，通过至少一个硅烷与所述硅烷偶联剂发生聚合反应得到。应当知道的是，无论所述活性分子是通过哪种方式得到的，该活性分子的分子量均大于所述硅烷的分子量。因此，相对于表面接枝硅烷的石墨烯来说，表面接枝活性分子的石墨烯(或者说是官能化石墨烯)将具有更低的导电率。
结合第二方面或第二方面的第一种可能的实施方式，在第二种可能的实施方式下，所述石墨烯为单层石墨烯或多层石墨烯。在所述石墨烯为单层石墨烯的情况下，所述石墨烯的表面即为所述单层石墨烯的表面。在所述石墨烯为多层石墨烯的情况下，所述石墨烯的表面是指所述多层石墨烯的表面，或所述多层石墨烯中相邻两层石墨烯之间。其中，所述多层石墨烯的表面可以参见前述解释，此处不再赘述。
结合第二方面、第二方面的第一种可能的实施方式或第二方面的第二种可能的实施方式，在第三种可能的实施方式下，对分散有石墨烯和硅烷偶联剂的溶液进行加热时，加热温度大于或等于25摄氏度且小于或等于100摄氏度，加热时间大于或等于0.1小时且小于或等于12小时。
可选的，加热温度大于或等于常温且小于或等于70摄氏度。此处所谓的常温应当按照普通环境下的温度，而非特定环境下的温度。
结合第二方面或第二方面的第一种可能的实施方式至第二方面的第三种可能的实施方式中任一种实施方式，在第四种可能的实施方式下，对所述第一溶液进行加热时，加热温度大于或等于120摄氏度且小于或等于240摄氏度，加热时间大于或位于0.1小时且小于或等于24小时。
结合第二方面或第二方面的第一种可能的实施方式至第二方面的第四种可能的实施方式中任一种实施方式，在第五种可能的实施方式下，该石墨烯的厚度是纳米级的。可选的，所述石墨烯的平均厚度大于0.3纳米且小于或等于20纳米。
应当知道的是，石墨烯的厚度越厚，则该石墨烯的导电率越高，且导热性能越差。这是因为，石墨烯的厚度越厚，意味着该石墨烯的层数越多，由于相邻两层之间的热阻比较大，所以该石墨烯的导热性能会比较差。还应当知道的是，在本申请中，沿着石墨烯的厚度方向，该石墨烯不同位置的厚度相差并不大，或者说，相差是很小的，该石墨烯不同位置的厚度均接近于平均厚度。所以，本实施例中，选取的石墨烯的平均厚度比较小，从而利用该石墨烯制得的所述官能化石墨烯的到电率比较低且导热性比较好。
结合第二方面或第二方面的第一种可能的实施方式至第二方面的第五种可能的实施方式中任一种实施方式，在第六种可能的实施方式下，所述石墨烯的横向尺寸大于或等于3微米且小于或等于300微米。
值得注意的是，石墨烯的横向尺寸越大，利用该石墨烯制得的官能化石墨烯的横向尺寸也越大，进而该官能化石墨烯的导热性越好。
结合第二方面或第二方面的第一种可能的实施方式至第二方面的第六种可能的实施方式中任一种实施方式，在第七种可能的实施方式下，所述石墨烯中碳的重量百分比大于或等于40％且小于或等于99.9％，氧的重量百分比大于或等于0.1％且小于或等于60％.
需要说明的是，石墨烯中包含氧的目的是为了接枝活性官能团。通常来说，石墨烯中氧的含量越高，则利用该石墨烯制得的官能化石墨烯中含有的活性分子的数量就越多。其中，该官能化石墨烯中含有的活性分子的数量越多，该官能化石墨烯的导电率就越低。
第三方面，本申请还提供了一种聚有机硅氧烷。具体的，该聚有机硅氧烷包括如第一方面或第一方面的任一种可能的实施方式所述的官能化石墨烯和多个硅氧烷。每一硅氧烷包括三个以上的Si-O键，且所述三个以上的Si-O键是串联的。
所述多个硅氧烷包括至少一个第一硅氧烷和至少一个第二硅氧烷。其中，每一个所述第一硅氧烷与所述主链结构通过Si-O-Si键结合，所述Si-O-Si键中的Si-O来自于所述第一硅氧烷，Si来自于所述主链结构。每一所述第二硅氧烷与所述主链结构通过烷基结合，或者，每一所述第二硅氧烷与接枝在所述官能化石墨烯表面的硅氢键或不饱和键之间通过化合键结合。
需要说明的是，所述烷基包括至少两个碳原子。
如第一方面所述，该官能化石墨烯具有比较低的导电率，所以本实施例提供的聚有机硅氧烷也具有比较低的导电率。进一步的，由于该官能化石墨烯中包含的活性官能团能够与有机硅油中的交联剂发生化学反应，所以在得到的该聚有机硅氧烷中，该官能化石墨烯相对于现有技术中的石墨烯来说，能够比较均匀的分散在该有机硅油中，且在一定程度上降低了石墨烯分散在该有机硅油中时出现的团聚现象。因此，利用该官能化石墨烯和该有机硅油制得的该聚有机硅氧烷具有更好的导热性能。
结合第三方面，所述聚有机硅氧烷中添加有导热填料。该导热填料可以为氧化铝、氮化硼或氮化铝等。在该聚有机硅氧烷中添加导热填料，有利于进一步提高该聚有机硅氧烷的导热性能。
附图说明
图1A是本申请提供的一种官能化石墨烯的结构图。
图1B是本申请提供的一种官能化石墨烯的结构图。
图1C是本申请提供的一种官能化石墨烯的结构图。
图2是本申请提供的一种制备官能化石墨烯的方法流程图。
图3A是本申请提供的石墨烯和硅烷偶联剂之间发生化学反应生成表面接枝硅烷的石墨烯的化学式。
图3B是图3A中表面接枝硅烷的石墨烯的放大图。
图4是图3B所示的表面接枝硅烷的石墨烯经过化学反应生成的官能化石墨烯的结构图。
图5为本申请提供的一种聚有机硅氧烷的结构式。
图6为本申请提供的多聚物与交联剂通过化学反应生成有机硅树脂的化学式。
具体实施方式
下面将结合本申请中的附图，对本申请中的技术方案进行清楚且完整地描述。
本申请提供了一种官能化石墨烯以及该官能化石墨烯的制备方法，针对该官能化石墨烯的实施例主要布局在第一部分，针对该官能化石墨烯的制备方法的实施例主要布局在第二部分。进一步地，本申请还提供了一种聚有机硅氧烷，该聚有机硅氧烷是采用该官能化石墨烯制备的。具体的，针对该聚有机硅氧烷的实施例主要布局在第三部分。
应当知道的是，该第一部分、第二部分和第三部分是相互关联的，因此对于可以相互参见的内容，在其中一个部分(比如第一部分)描述之后，在其他部分(比如第二部分和第三部分)将不再赘述。容易理解的是，为了便于理解，可以参见其他部分的相关描述。本申请对此并不做限定。
第一部分
参见附图1A和图1B，示出了本申请提供的官能化石墨烯的结构图。本申请提供的官能化石墨烯包括一个或多个活性分子和石墨烯，其中，该多个活性分子中任意两个活性分子之间没有化合键。需要说明的是，此处所谓的石墨烯与现有技术中的石墨烯是不同的，此处所谓的石墨烯是组成该官能化石墨烯的一部分，不是一种独立存在的物质。
进一步地，在该官能化石墨烯包括一个活性分子的情况下，这一个活性分子通过两个以上的C-O-Si共价键接枝在所述石墨烯上。
在该官能化石墨烯包括两个以上活性分子的情况下，则每一活性分子均是通过至少一个C-O-Si共价键接枝在所述石墨烯上的，且该两个以上活性分子中包括至少一个活性分子是通过两个以上的C-O-Si共价键接枝在所述石墨烯上的。
应当知道的是，该石墨烯可以为单层石墨烯，也可以为多层石墨烯。
可选的，在该石墨烯为单层石墨烯的情况下，前述所谓的活性分子接枝在所述石墨烯上，具体是指，所述活性分子接枝在所述单层石墨烯的表面。
可选的，在该石墨烯为多层石墨烯的情况下，前述所谓的活性分子接枝在所述石墨烯上，具体是指，所述活性分子接枝在所述多层石墨烯的表面，或者，接枝在所述多层石墨烯中相邻两层石墨烯之间。其中，所述多层石墨烯的表面是指位于该多层石墨烯最边缘的两层石墨烯的外表面。应当知道的是，最边缘的每一层石墨烯朝向与其相邻的一层石墨烯的表面为内表面，最边缘的每一层石墨烯的外表面是与该层石墨烯的内表面相对的另一表面。
值得注意的是，本申请其他地方提及到石墨烯的表面，在没有做特别限定的情况下，也适用于本部分对“石墨烯的表面”的解释，后续将不再赘述。
需要说明的是，该活性分子的主链结构为至少两个Si-O键串联后，再与Si键串联的结构，或为Si-O-Si结构。作为本领域技术人员，应当知道的是，在石墨烯表面接枝硅烷的情况下，该硅烷和该石墨烯之间是通过C-O-Si共价键结合的，且该硅烷的主链结构为Si-O结构。因此，此处限定该活性分子的主链结构，目的在于说明本申请所述的活性分子不是硅烷。
进一步的，该活性分子包括多个端基官能团(此处所述的多个是指两个以上)，每一端基官能团与所述主链结构中的一个Si连接。值得关注的是，所述主链结构中的一个Si可以与一个或多个端基官能团连接。
容易理解的是，在前述“每一端基官能团与所述主链结构中的一个Si连接”中，所谓的连接既可以是直接连接，也可以是间接连接(比如通过烷基等链基)。因此，可选的，所述多个端基官能团中每一端基官能团均直接与所述主链结构中的一个Si连接。或者，所述多个端基官能团中每一端基官能团均通过烷基等链基与主链结构中的一个Si连接。或者，所述多个端基官能团中，一部分端基官能团中的每一端基官能团均直接与所述主链结构中的一个Si连接，另一部分端基官能团中的每一端基官能团均通过烷基等链基与主链结构中的一个Si连接。应当知道的是，所谓的“一部分端基官能团”的数量是大于或等于1的，相应的，所谓的“另一部分端基官能团”的数量也是大于或等于1的。
还值得注意的是，所述多个端基官能团包括至少两个活性官能团。
可选的，所述至少两个活性官能团包括至少一个硅氢键或不饱和键和至少一个含氧的可水解基团。可选的，所述不饱和键为碳碳双键或碳碳三键。进一步可选的，该碳碳双键可以为乙烯基或丙烯基。可选的，所述含氧的可水解基团也即可水解生成硅醇的基团，具体的，所述含氧的可水解基团可以为烷氧基或酰氧基。
可选的，本申请所述的石墨烯可以为石墨烯纳米片、氧化石墨烯或还原的氧化石墨烯。在所述石墨烯为石墨烯纳米片的情况下，所述官能化石墨烯的横向尺寸大于或等于0.1微米且小于或等于150微米。在所述石墨烯为氧化石墨烯或还原的氧化石墨烯的情况下，所述官能化石墨烯的横向尺寸大于或等于1微米且小于或等于150微米。
应当知道的是，石墨烯的厚度通常是纳米级的。可选的，在本申请中，所述石墨烯的平均厚度大于0.3纳米且小于或等于20纳米。还可选的，在本申请中，该石墨烯的平均厚度大于或等于0.3纳米且小于或等于10纳米。
可选的，本申请中所述石墨烯的横向尺寸大于或等于3微米且小于或等于300微米。还可选的，本申请中该石墨烯的横向尺寸大于或等于10微米且小于或等于200微米。进一步可选的，本申请中该石墨烯的横向尺寸大于或等于20微米且小于或等于150微米。
可选的，本申请提供的所述官能化石墨烯的导电率大于或等于10-8S/m且小于或等于1000S/m。应当知道的是，石墨烯的导电率通常大于1000S/m。所以，本申请提供的所述官能化石墨烯的导电率小于现有技术中石墨烯的导电率。
可选的，在本申请提供的所述官能化石墨烯中，碳元素的重量百分比大于或等于50％且小于或等于99.8％，氧元素的重量百分比大于或等于0.1％且小于或等于49.9％，硅元素的重量百分比大于或等于0.1％且小于或等于49.9％.
可选的，在本申请提供的所述官能化石墨烯中，硅元素的重量百分比大于或等于0.1％且小于或等于25％。进一步可选的，在本申请提供的所述官能化石墨烯中，硅元素的重量百分比大于或等于1％且小于或等于25％。
需要说明的是，在本申请提供的方案中，通过控制所述官能化石墨烯中活性分子的数量以及活性分子的分子量，能够调整该官能化石墨烯的导热性能和导电性能。或者说，通过调整所述官能化石墨烯包含的活性官能团的类别、数量或者浓度等，能够调整该官能化石墨烯的导热性能和导电性能。
值得注意的是，官能化石墨烯包含的活性官能团的浓度R等于该官能化石墨烯的重量M与反应生成该官能化石墨烯的石墨烯的重量N的差值与反应生成该官能化石墨烯的石墨烯的重量N的比值。也即：
R＝(M-N)/N.
应当知道的是，官能化石墨烯包含的活性官能团的浓度可以通过多种分析方法验证，该多种将分析方法可以为X射线光电子能谱分析(X-ray photoelectronspectroscopy,XPS)、傅氏转换红外线光谱分析仪(Fourier Transform infraredspectroscopy，FTIR)或扫描电子显微镜(scanning electron microscope，SEM)等.
具体的，参见图1A、图1B和图1C所示的官能化石墨烯的结构图。
如图1A所示，该官能化石墨烯100包括四个活性分子(101,102,103,104)。在这四个活性分子中，活性分子104通过两个C-O-Si共价键接枝在石墨烯105上，另外三个活性分子(101、102和103)中的每一个活性分子均是通过一个C-O-Si共价键接枝在该石墨烯105上的。容易看出，在这五个C-O-Si共价键中，每一个C-O-Si共价键中的C均是来自于所述石墨烯105，每一个C-O-Si共价键中的Si均是来自于所述活性分子的主链结构。
在官能化石墨烯100中的活性分子(101,102,103,104)中每一个活性分子的主链结构为Si-O-Si结构。
如图1B所示，该官能化石墨烯200也包括四个活性分子(201,202,203,204)。在这四个活性分子中，活性分子204通过两个以上(包括两个)C-O-Si共价键接枝在石墨烯205上。另外三个活性分子(201、202和203)中的每一个活性分子均是通过一个C-O-Si共价键接枝在该石墨烯205上的。容易看出，在这六个C-O-Si共价键中，每一个C-O-Si共价键中的C均是来自于所述石墨烯205，每一个C-O-Si共价键中的Si均是来自于所述活性分子的主链结构。
在官能化石墨烯200中的活性分子201和204的主链结构为两个Si-O键串联后，再与Si键串联的结构；活性分子202的主链结构为三个Si-O键串联后，再与Si键串联的结构；活性分子203的主链结构为两个Si-O键串联后，再与Si键串联的结构，活性分子203主链上的Si通过Si-O-Si键与活性分子203支链上的Si连接，其中所述Si-O-Si键中的Si来自所述主链上的Si和所述支链上的Si。
如图1C所示，该官能化石墨烯300也包括四个活性分子(301,302,303,304)。在这四个活性分子中，活性分子304通过三个C-O-Si共价键接枝在石墨烯305上，另外三个活性分子(301、302和303)中的每一个活性分子均是通过一个C-O-Si共价键接枝在该石墨烯305上的。容易看出，在这六个C-O-Si共价键中，每一个C-O-Si共价键中的C均是来自于所述石墨烯305，每一个C-O-Si共价键中的Si均是来自于所述活性分子的主链结构。
在官能化石墨烯300中的活性分子301和304的主链结构为两个Si-O键串联后，再与Si键串联的结构；活性分子302的主链结构为三个Si-O键串联后，再与Si键串联的结构；活性分子303的主链结构为两个Si-O键串联后，再与Si键串联的结构，活性分子303主链上的Si通过Si-O-Si键与活性分子303支链上的Si连接，其中所述Si-O-Si键中的Si来自所述主链上的Si和所述支链上的Si。
活性分子(101-104、201-204和301-304)中每一活性分子均包括一个或多个z，且每一活性分子还均包括一个或多个a。需要说明的是，图1A、1B和图1C中的a是指H或不饱和键(比如CH＝CH2等)，z是指含氧的可水解基团(比如OCH3等)。
由于本申请提供的该官能化石墨烯包含的活性官能团可以与有机硅油中的分子发生化学反应，所以相对于现有技术中的石墨烯与有机硅油的相容性来说，该官能化石墨烯与有机硅油之间具有比较好的相容性。从而该官能化石墨烯能够比较均匀的分散在有机硅油中，在一定程度上避免了石墨烯分散在有机硅油中时出现的团聚现象。并且，由于该官能化石墨烯包含一个或多个活性分子，该活性分子为硅氧烷，且该活性分子以一类似网状的结构覆盖在该官能化石墨烯包含的石墨烯的表面，因此，本申请提供的该官能化石墨烯相对于现有技术中的石墨烯来说，具有更低的导电率。
应当知道的是，无论是石墨烯还是官能化石墨烯，均是能够和有机硅油中的分子发生化学反应的。所以，本申请中提及的类似“石墨烯分散在有机硅油中”以及“官能化石墨烯分散在有机硅油中”中的“分散”不是指物理上的分散，而仅是用于描述石墨烯或官能化石墨烯与有机硅油之间的物理关系。需要明确的是，所谓物理上的分散是指溶质溶于溶剂中，且该溶质和该溶剂之间没有发生化学反应。因此，在石墨烯分散在有机硅油中时，该石墨烯是可以和该有机硅油中的分子发生化学反应的。相应的，在官能化石墨烯分散在有机硅油中时，该官能化石墨烯也是可以和该有机硅油中的分子发生化学反应的。
第二部分
本申请还提供了一种官能化石墨烯的制备方法。利用该制备方法，能够制得如前述实施例所述的官能化石墨烯，因此在本实施例中，有关官能化石墨烯的部分就不再赘述，具体参见前述实施例即可。本实施例重点描述的是制备方法以及与制备方法相关的内容。需要说明的是，本申请提供的制备方法采用的是水热反应法。
具体的，如图2所示，该制备方法包括下述步骤：
S201.对分散有石墨烯和硅烷偶联剂的溶液进行加热处理，得到第一溶液，所述第一溶液中分散有表面接枝硅烷的石墨烯。所述表面接枝硅烷的石墨烯是由所述硅烷偶联剂的可水解基团与所述石墨烯表面的含氧官能团发生化学反应得到的。
应当知道的是，石墨烯和硅烷偶联剂是用于制备所述官能化石墨烯的原材料。
需要说明的是，分散在溶液中的石墨烯是指独立的石墨烯，而不是组成所述官能化石墨烯的石墨烯。或者说，分散在溶液中的石墨烯除了本身固有的含氧官能团之外，该石墨烯的表面没有接枝其他化合物(比如硅烷或硅氧烷等)。
可选的，该石墨烯可以为石墨烯纳米片、氧化石墨烯或还原的氧化石墨烯。
通常，该石墨烯的厚度是纳米级的。可选的，该石墨烯的平均厚度大于0.3纳米且小于或等于20纳米。还可选的，该石墨烯的平均厚度大于或等于0.3纳米且小于或等于10纳米。
可选的，该石墨烯的横向尺寸大于或等于3微米且小于或等于300微米。还可选的，该石墨烯的横向尺寸大于或等于10微米且小于或等于200微米。进一步可选的，该石墨烯的横向尺寸大于或等于20微米且小于或等于150微米。
可选的，该石墨烯中碳的重量百分比大于或等于40％且小于或等于99.9％，氧的重量百分比大于或等于0.1％且小于或等于60％.
可选的，在本申请中，分散在溶液中的石墨烯表面的含氧官能团可以为-OH、-COOH或-C＝O。这些含氧官能团可与硅烷偶联剂中的可水解基团在一定条件发生化学反应，比如，上述-OH或者-COOH中的活泼氢与硅烷偶联剂中的可水解基团结合，发生脱醇等小分子脱出反应。
值得注意的是，硅烷偶联剂是一类在分子中同时含有两种不同化学性质基团的有机硅化合物，其经典产物可用通式YSiX3表示。式中，Y为非水解基团，包括链烯基(主要为乙烯基)，以及末端带有CL、NH2、SH、环氧、N3、(甲基)丙烯酰氧基或异氰酸酯基等官能团的烃基，即碳官能基；X为可水解基团，包括CL、OMe、OEt、OC2H4OCH3、OSiMe3或OAc等。
可选的，在本申请中，硅烷偶联剂可以为乙烯基硅烷偶联剂。乙烯基硅烷偶联剂的通式为：CH2＝CH(CH2)nSiX3。X通常是氯基、甲氧基、乙氧基、甲氧基乙氧基或乙酰氧基等。乙烯基硅烷偶联剂主要用于塑料增强，兼有偶联剂和交联剂的作用。其中，该乙烯基硅烷偶联剂可以为3-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷或乙烯基三(2-甲氧基乙氧基)硅烷等。
应当知道的是，硅烷偶联剂通常是液态，有时也可以呈膏状。步骤S201中提及“分散有石墨烯和硅烷偶联剂的溶液”，具体可以是石墨烯溶液和硅烷偶联剂溶液混合后得到的，也可以是将石墨烯混合在硅烷偶联剂溶液中得到的，还可以是将硅烷偶联剂混合在石墨烯溶液中得到的。需要说明的是，所述分散有石墨烯和硅烷偶联剂的溶液中的溶剂包括水。
值得注意的是，在利用石墨烯溶液得到所述分散有石墨烯和硅烷偶联剂的溶液时，所述石墨烯溶液的浓度通常大于或等于0.1g/L且小于或等于10g/L.
可选的，该石墨烯溶液可以为石墨烯纳米片溶液，也可以为氧化石墨烯溶液，还可以为还原的氧化石墨烯溶液。
可选的，对所述分散有石墨烯和硅烷偶联剂的溶液进行加热处理时，加热温度高于常温且低于100摄氏度，且加热时间大于或等于0.1小时且小于或等于12小时。所谓的常温通常在25摄氏度左右。进一步可选的，该加热温度还可以高于常温且低于70摄氏度。
可选的，对所述分散有石墨烯和硅烷偶联剂的溶液进行加热处理时，需要将所述分散有石墨烯和硅烷偶联剂的溶液加热到高于常温且低于100摄氏度的温度范围内，且加热时间大于或等于0.1小时且小于或等于12小时。
如图3A所示，它示出了石墨烯310与硅烷偶联剂330之间反应生成表面接枝硅烷的石墨烯350的化学式。需要说明的是，图3A中的a代表H或不饱和键，该不饱和键可以为CH＝CH2等。图3A中的z代表含氧的可水解基团，比如OCH3等。因此，图3A中的硅烷偶联剂330具有三个含氧的可水解基团和一个H或不饱和键。进一步地，参见附图3B，图3B是对图3A中的该表面接枝硅烷的石墨烯350的细化图。容易看出，该表面接枝硅烷的石墨烯350包括五个硅烷，每一硅烷通过C-O-Si共价键接枝在石墨烯的表面，并且这五个硅烷对应的附图标记分别是351,352,353,354和355.
S203.对所述第一溶液进行加热处理，得到第二溶液，所述第二溶液中分散有所述官能化石墨烯。其中，所述官能化石墨烯中的活性分子是所述表面接枝硅烷的石墨烯表面接枝的至少两个硅烷发生聚合反应得到的。
具体的，步骤203所述的聚合反应可以为缩合聚合反应。应当知道的是，本申请其他部分出现的聚合反应在没有做特别强调的情况下，也均可以为缩合聚合反应。
可选的，该第一溶液中还有硅烷偶联剂，该硅烷偶联剂是步骤S201反应后剩余的。则该硅烷偶联剂也会和所述接枝硅烷的石墨烯表面接枝的至少一个硅烷发生聚合反应，得到接枝在该石墨烯表面的活性分子。
应当知道的是，在所述官能化石墨烯中具有两个以上活性分子时，该两个以上活性分子的化学式可以是相同的，但是通常是不同的。因为有的活性分子是P个硅烷经过聚合反应得到的，有的活性分子是Q个硅烷进行聚合反应得到的，其中，P和Q均是大于或等于2的整数，但是P不等于Q。可选的，还有的活性分子是L1个硅烷和K1个硅烷偶联剂经过聚合反应得到的，有的活性分子是L2个硅烷和K2个硅烷偶联剂经过聚合反应得到的等，L1、L2、K2和K2均为大于或等于1的整数，且在L1等于L2时，K1不等于K2；而在L1不等于L2时，K1可以等于K2，也可以不等于K2。
可选的，对所述第一溶液进行加热时，加热温度大于或等于120摄氏度且小于或等于240摄氏度，加热时间大于或位于0.1小时且小于或等于24小时。
可选的，对所述第一溶液进行加热时，需要将所述第一溶液加热到大于或等于120摄氏度且小于或等于240摄氏度的温度范围内，且加热时间大于或位于0.1小时且小于或等于24小时。
需要说明的是，在本申请中，从逻辑上限定了所述第一溶液和所述第二溶液。
实际上，在对分散有石墨烯和硅烷偶联剂的溶液进行加热处理后，得到的所述第一溶液中除了分散有表面接枝硅烷的石墨烯之外，还分散有表面接枝活性分子的石墨烯。其中，该活性分子可以是两个以上接枝在所述表面接枝硅烷的石墨烯表面的硅烷之间发生聚合反应得到的，也可以是硅烷偶联剂和一个以上接枝在所述表面接枝硅烷的石墨烯表面的硅烷之间发生聚合反应得到的，还可以是两个以上接枝在该表面接枝活性分子的石墨烯表面的活性分子之间发生聚合反应得到的。应当知道，在一活性分子是由两个以上活性分子之间通过聚合反应得到的情况下，通过该聚合反应得到的活性分子的分子量必然大于每一个参与该聚合反应的活性分子的分子量。
相应的，分散在所述第二溶液中的所述官能化石墨烯中包含的活性分子，除了是至少两个接枝在同一石墨烯表面的硅烷发生聚合反应得到的之外，实际实现中，还可以是接枝在同一石墨烯表面的活性分子和硅烷之间发生反应的得到的；或者是，接枝在石墨烯表面的硅烷和硅烷偶联剂之间通过聚合反应得到的；或者是，接枝在同一石墨烯表面的两个以上活性分子之间发生聚合反应得到的；或者是，接枝在石墨烯表面的活性分子和硅烷偶联剂之间通过聚合反应得到的。
参见附图4，图4为一种官能化石墨烯450的结构图。需要说明的是，图4所示的官能化石墨烯450是图3B所示的表面接枝硅烷的石墨烯350进行化学反应得到的。官能化石墨烯450包含活性分子451、453和455。其中，活性分子451是由接枝在该表面接枝硅烷的石墨烯350表面的硅烷351和硅烷偶联剂经过聚合反应得到的。活性分子455是由接枝在该表面接枝硅烷的石墨烯350表面的硅烷355和硅烷偶联剂经过聚合反应得到的。活性分子453是由接枝在该表面接枝硅烷的石墨烯350表面的硅烷352和353之间发生聚合反应得到的。
S205.对所述第二溶液进行干燥处理，得到第一部分任一实施例所述的官能化石墨烯。
应当知道的是，步骤S205中对所述第二溶液进行干燥处理的目的是得到粉末状的该官能化石墨烯。可选的，该干燥处理具体可以是在60摄氏度的温度下，将该第二溶液放置24小时。
在得到该第二溶液之后，以及在对该第二溶液进行干燥处理之前，可选的，还可以对该第二溶液进行过滤处理，以去除该第二溶液中的杂质。
在对该第二溶液进行过滤处理之后，以及在对该第二溶液进行干燥处理之前，可选的，还可以使用乙醇、水或异丙醇等溶剂清洗过滤后得到的该第二溶液，用于去除步骤S203之后，该第二溶液中残留的硅烷偶联剂，得到比较纯净的官能化石墨烯溶液。应当知道的是，步骤S203之后残留在该第二溶液中的硅烷偶联剂，也即，没有和所述接枝硅烷的石墨烯表面接枝的硅烷发生聚合反应生成活性分子的硅烷偶联剂。
可选的，在本申请提供的制备方法中，硅烷偶联剂与石墨烯的重量百分比大于或等于0.1且小于或等于50。
值得关注的是，在本申请提供的制备方法中，通过调整反应温度和反应时间，可以实现对石墨烯官能化程度的调整(或者，可以实现对官能化石墨烯所包含的活性分子的浓度以及分子量的调整)，进而能够调整该官能化石墨烯的导电性能。
还应当知道的是，在一定范围内，通过调整硅烷偶联剂和石墨烯的重量百分比，也能够起到调整石墨烯官能化程度以及该官能化石墨烯导电性能的目的。因为在一定范围内，石墨烯的官能化程度与硅烷偶联剂的添加量是成正比的。该一定范围的上限与石墨烯有关。具体的，在硅烷偶联剂和石墨烯的重量百分比大于某一值，硅烷偶联剂和石墨烯之间的反应已达到饱和时，则硅烷偶联剂就不能与石墨烯表面的含氧官能团发生反应，且也不能与所述接枝硅烷的石墨烯表面接枝的硅烷发生反应，则这种情况，即使再增加硅烷偶联剂的量，也不能改变石墨烯的官能化程度了。
需要说明的是，在石墨烯被官能化之后，得到的官能化石墨烯的尺寸相对于该石墨烯的尺寸来说，有所降低。
作为本申请的一个实施例，下面将描述采用氧化石墨烯制备官能化石墨烯的方法。具体的，该方法包括以下步骤。
S211.将氧化石墨烯溶液和硅烷偶联剂溶液混合在一起形成溶液A1。
可选的，该溶液A1中，硅烷偶联剂和氧化石墨烯的质量百分比为20:0.01。
可选的，该溶液A1被放置在水热反应釜中。进一步可选的，该水热反应釜为使用特氟龙材料制成的且容积为50ml的容器。
可选的，该氧化石墨烯内，碳元素的重量百分比大于或等于60％且小于或等于99.9％，氧元素的重量百分比大于或等于0.1％且小于或等于40％.
S212.将该溶液A1加热到70摄氏度，且持续加热0.1至12小时，得到溶液A2。
需要说明的是，该溶液A2中通常包含的是表面接枝硅烷的氧化石墨烯。该表面接枝硅烷的氧化石墨烯是硅烷偶联剂和氧化石墨烯表面的含氧官能团反应得到的。但是，应当知道的是，该溶液A2中还可以包含表面接枝活性分子的氧化石墨烯。其中，该活性分子可以是由所述表面接枝硅烷的氧化石墨烯表面接枝的两个以上硅烷之间发生聚合反应得到的，也可以是硅烷偶联剂和所述表面接枝硅烷的氧化石墨烯表面接枝的至少一个硅烷之间发生聚合反应得到的，还可以是两个以上活性分子之间发生聚合反应得到的。其中，在两个以上活性分子之间发生聚合反应后，得到的活性分子的分子量大于该两个以上活性分子中每一活性分子的分子量。
S213.将该溶液A2加热到120摄氏度至240摄氏度，且持续加热0.1至24小时，得到溶液A3。
需要说明的是，该溶液A3中包含官能化石墨烯。该官能化石墨烯是官能化氧化石墨烯被加热后发生还原反应得到的。该官能化氧化石墨烯中的活性分子可以是两个以上活性分子之间发生聚合反应得到的，或者是活性分子和硅烷通过聚合反应得到的，或者是活性分子与硅烷偶联剂通过聚合反应得到的，或者是所述接枝硅烷的氧化石墨烯表面接枝的硅烷和硅烷偶联剂之间通过聚合反应得到的。
S214.将该溶液A3进行过滤，然后使用乙醇溶剂进行对过滤后的溶液A3进行清洗，以去除该过滤后的溶液A3中残留的硅烷偶联剂，得到溶液A4。
S215.在60摄氏度的温度下，将该溶液A4放置24小时，以得到干燥且呈粉末状的官能化石墨烯。
作为本申请的另一个实施例，下面将描述采用石墨烯纳米片制备官能化石墨烯的方法。
具体的，该方法可以包括下述步骤S221至S226.
S221.将0.2克的石墨烯纳米片和1克的硅烷偶联剂使用高速搅拌机搅拌5分钟，得到混合物。
可选的，该硅烷偶联剂可以为(3-巯丙基)三乙氧基硅烷(MPTES)。
可选的，该高速搅拌机的转速为3500rpm.
S222.在所述混合物中添加200ml乙醇并超声分散12小时，得到混合溶液B1。
S223.在该混合溶液B1中添加乙酸，得到PH值为5的混合溶液B2。
S224.将该混合溶液B2加热到70摄氏度且持续加热3小时，得到混合溶液B3。
值得注意的是，该混合溶液B3包含表面接枝有活性分子的石墨烯(或者或官能化石墨烯)。该官能化石墨烯的特点可以参见本申请具体实施方式中第一部分的有关描述。
S225.将该混合溶液B3继续过滤，并对过滤后的混合溶液B3进行清洗，以去除该过滤后的混合溶液B3中的硅烷偶联剂，得到官能化石墨烯溶液。
S226.对该官能化石墨烯溶液进行干燥处理，得到粉末状的官能化石墨烯。
可选的，该方法可以包括下述步骤S231至S234.
S231.将石墨烯纳米片与硅烷偶联剂按照重量百分比为20：0.01进行配比，并将该石墨烯纳米片和硅烷偶联剂均溶于水中，得到分散有石墨烯纳米片和硅烷偶联剂的溶液C1。
可选的，将该溶液C1容纳在50ml的水热反应釜中。
S232.先将该溶液C1加热至70度，然后持续加热0.1至12小时，得到溶液C2。
需要说明的是，该溶液C2中通常包含的是表面接枝硅烷的石墨烯。该表面接枝硅烷的石墨烯是硅烷偶联剂和氧化石墨烯表面的含氧官能团反应得到的。但是，应当知道的是，该溶液C2中还可以包含表面接枝活性分子的石墨烯。其中，该活性分子可以所述表面接枝硅烷的石墨烯表面接枝的两个以上硅烷之间发生聚合反应得到的，也可以是硅烷偶联剂和所述表面接枝硅烷的石墨烯表面接枝的至少一个硅烷之间发生聚合反应得到的，还可以是两个以上活性分子之间发生聚合反应得到的。其中，在两个以上活性分子之间发生聚合反应后，得到的活性分子的分子量大于该两个以上活性分子中每一活性分子的分子量。
S233.再将该溶液C2加热到120至40摄氏度，然后持续加热0.1至24小时，得到溶液C3。
需要说明的是，该溶液C3中包含官能化石墨烯。该官能化氧化石墨烯中的活性分子可以是两个以上活性分子之间发生聚合反应得到的，或者是活性分子和硅烷通过聚合反应得到的，或者是活性分子与硅烷偶联剂通过聚合反应得到的，或者是所述接枝硅烷的石墨烯表面接枝的硅烷和硅烷偶联剂之间通过聚合反应得到的。
S234.最后，对该溶液C3进行过滤、淋洗、以及干燥处理，得到粉末状的所述官能化石墨烯。
第三部分
本申请还提供了一种聚有机硅氧烷。该聚有机硅氧烷包括官能化石墨烯和多个硅氧烷。该多个硅氧烷中的每一硅氧烷包括三个以上的Si-O键，且这三个以上的Si-O键之间的串联的。也即，在一个硅氧烷包括三个Si-O键时，该硅氧烷为Si-O-Si-O-Si-O结构。相应的，每一硅氧烷的结构还可以表述为Si-O-Si-O-...-Si-O。
进一步的，所述多个硅氧烷包括至少一个第一硅氧烷和至少一个第二硅氧烷。
每一所述第一硅氧烷与所述官能化石墨烯的主链结构通过Si-O-Si键结合，所述Si-O-Si键中的Si-O来自于所述第一硅氧烷，Si来自于所述主链结构。每一所述第二硅氧烷与所述官能化石墨烯的主链结构之间通过烷基结合。或者说，每一所述第二硅氧烷与所述官能化石墨烯中的硅氢键或不饱和键之间通过化合键结合。
需要说明的是，所述烷基包括至少两个碳原子。
值得关注的是，所述第一硅氧烷的数量和第一部分描述的所述官能化石墨烯包含的含氧的可水解基团的数量有关。在第一部分描述的所述官能化石墨烯包含硅氢键且不包含不饱和键时，所述第二硅氧烷的数量和所述硅氢键的数量有关。在第一部分描述的所述官能化石墨烯包含不饱和键且不包含硅氢键时，所述第二硅氧烷的数量和所述不饱和键的数量有关。在第一部分描述的所述官能化石墨烯既包含不饱和键还包含硅氢键时，所述第二硅氧烷的数量和所述不饱和键和所述硅氢键的数量有关。
参见附图5，它示出了本申请提供的一种聚有机硅氧烷500的化学式。如图5所示，该聚有机硅氧烷500中有五个用虚线椭圆框框起来的硅氧烷和六个用虚线方框框起来的硅氧烷。其中，用虚线椭圆框框起来的硅氧烷对应前述的第一硅氧烷，用虚线方框框起来的硅氧烷对应前述的第二硅氧烷。参见图5，容易看出，该第一硅氧烷和官能化石墨烯的主链结构之间通过Si-O-Si键结合，该第二硅氧烷和官能化石墨烯的主链结构之间通过烷基或化合键结合的。需要说明的是，图5中的[Si-O-Si]n代表n个Si-O-Si串联，其中，n为大于或等于2的整数。
应当知道的是，本申请提供的聚有机硅氧烷，是由第一部分任一实施例所述的官能化石墨烯与有机硅油发生化学反应得到的。也即，在本申请提供的聚有机硅氧烷中，多个有机硅油的高分子链弯曲绕在该官能化石墨烯的表面，相应的，该官能化石墨烯嵌在多个有机硅油的高分子链中，从而该官能化石墨烯与有机硅油的高分子链形成交联网络。需要强调的是，该官能化石墨烯与有机硅油的高分子链之间通过化学反应形成共价键，也即该官能化石墨烯是通过共价键嵌在多个有机硅油的高分子链中的。
值得注意的是，有机硅油通常包含两大组分，这两大组分分别是多聚物(polymer)和交联剂(cross-l inker)。多聚物，又被称为预聚物或者共聚物，可以是具有长链硅氧烷结构的硅油。该多聚物的端基可以为乙烯基等不饱和键，典型的多聚物为含有乙烯基的聚二甲基硅氧烷(PDMS)。交联剂通常为端基为Si-H基的硅油。或者，交联剂通常为端基为Si-H基的硅烷或者硅氧烷。使用金属复合催化剂，比如铂(Pt)基，在加热条件下，多聚物和交联剂能够发生交联化学反应，形成有机硅树脂。参见附图6，示出了多聚物610与交联剂630反应生成有机硅树脂650的化学式。其中，交联剂630中的R用于代指烷基，比如CH3等。
所谓的该聚有机硅氧烷是该官能化石墨烯和有机硅油发生化学反应得到的，是指，该聚有机硅氧烷是该官能化石墨烯、交联剂以及多聚物之间发生化学反应得到的。
具体的，在有机硅油中的交联剂的端基官能团为Si-H键时，则官能化石墨烯所包含的活性官能团与该交联剂的Si-H键之间通过化学键结合。在有机硅油中的多聚物的端基官能团为Si-OH键时，则官能化石墨烯所包含的活性官能团与该多聚物的Si-OH键之间通过化学键结合。在有机硅油中的多聚物的端基官能团为不饱和键时，则官能化石墨烯所包含的活性官能团与该多聚物的不饱和键之间通过化学键结合。
可选的，该官能化石墨烯包含的活性官能团可以与该多聚物的端基官能团相同。在这种情况下，包含该官能化石墨烯的有机硅油的固化方式为加成固化。
值得关注的是，所谓的“该官能化石墨烯包含的活性官能团”并不是指该官能化石墨烯包含的全部活性官能团，而是指该官能化石墨烯包含的至少部分活性官能团。也即，本申请并不限定该官能化石墨烯包含的全部活性官能团均与该多聚物的端基官能团相同。所谓的至少部分通常是指多个，或，两个以上。
作为本申请的一种实施方式，在该官能化石墨烯包含的活性官能团与该多聚物的端基官能团相同的情况下，该官能化石墨烯包含的活性官能团和该多聚物的端基官能团均与该交联剂的端基官能团发生化学反应，生成该聚有机硅氧烷。
需要说明的是，该官能化石墨烯包含的且发生化学反应的活性官能团应当是前述的“至少部分活性官能团”，或者是与该多聚物的端基官能团相同的官能团。
可选的，该官能化石墨烯包含的活性官能团和该交联剂的端基官能团发生化学反应，生成第一中间产物。该第一中间产物和该多聚物的端基官能团发生化学反应，得到该聚有机硅氧烷。
可选的，该多聚物的端基官能团和该交联剂的端基官能团发生化学反应，生成第二中间产物。该第二中间产物和该官能化石墨烯的活性官能团发生化学反应，得到该聚有机硅氧烷。
可选的，该官能化石墨烯包含的活性官能团可以与该交联剂的端基官能团相同。在这种情况下，包含该官能化石墨烯的有机硅油的固化方式为缩合聚合固化(以下简称“缩聚固化”)。关于本申请对“该官能化石墨烯包含的活性官能团”的定义可以参见前述相关解释，此处不再赘述。
作为本申请的一种实施方式，在该官能化石墨烯包含的活性官能团与该交联剂的端基官能团相同的情况下，该官能化石墨烯包含的活性官能团以及该交联剂的端基官能团均和该多聚物的端基官能团发生化学反应，得到该聚有机硅氧烷。
需要说明的是，该官能化石墨烯包含的且发生化学反应的活性官能团应当是前述的“至少部分活性官能团”，或者是与该交联剂的端基官能团相同的官能团。
可选的，该官能化石墨烯包含的活性官能团和该多聚物的端基官能团发生化学反应，生成第三中间产物。该第三中间产物和该交联剂的端基官能团发生化学反应，得到该聚有机硅氧烷。
可选的，该多聚物的端基官能团会和该交联剂的端基官能团发生化学反应，生成第四中间产物。该第四中间产物会和该官能化石墨烯发生化学反应，得到该聚有机硅氧烷。
需要说明的是，所谓的“该官能化石墨烯包含的活性官能团与该交联剂的端基官能团相同”是指该官能化石墨烯包含的活性官能团中存在与该交联剂的端基官能团相同的官能团。也即，并非该官能化石墨烯包含的所有活性官能团均与该交联剂的端基官能团相同。
具体的，在官能化石墨烯的活性官能团为烷氧基，交联剂的端基官能团也为烷氧基，多聚物的端基官能团为Si-OH基的情况下，则多聚物和交联剂在缩合催化剂的作用下能够发生化学反应。其中，该烷氧基可以为三甲氧基、二甲氧基或三乙氧基等能够与Si-OH基发生化学反应的活性官能团。应当知道的是，包含该官能化石墨烯的有机硅油的固化方式为缩聚固化。
值得关注的是，前述的第一、第二、第三和第四只是为了将彼此区分，用于说明第一中间产物、第二中间产物、第三中间产物和第四中间产物是不同的。该第一至第四本身并没有含义，因此也不构成对它们后面的名词(也即“中间产物”)的限定。
需要说明的是，官能化石墨烯包含的活性官能团与参与制备该官能化石墨烯的硅烷偶联剂是有关的。可以通过选择具体的硅烷偶联剂，确定该官能化石墨烯包含的活性官能团。比如，选用含有烷氧基的硅烷偶联剂制备官能化石墨烯时，制备得到的该官能化石墨烯包含将具有烷氧基。具体的，在该交联剂的端基官能团确定的情况下，通过选择合适的硅烷偶联剂，可以使得利用该硅烷偶联剂制备的官能化石墨烯包含的活性官能团与该交联剂的端基官能团相同。或者，在该多聚物的端基官能团确定的情况下，通过选择合适的硅烷偶联剂，可以使得利用该硅烷偶联剂制备的该官能化石墨烯包含的活性官能团与该多聚物的端基官能团相同。
可选的，官能化石墨烯和利用该官能化石墨烯制得的聚有机硅氧烷之间的重量百分比可以大于或等于0.1％且小于或等于30％。
可选的，官能化石墨烯和利用该官能化石墨烯制得的聚有机硅氧烷之间的重量百分比可以大于或等于0.5％且小于或等于20％。
可选的，官能化石墨烯和利用该官能化石墨烯制得的聚有机硅氧烷之间的重量百分比可以大于或等于0.5％且小于或等于15％。
实验表明，在温度确定的情况下，官能化石墨烯包含的活性官能团的浓度越高，利用该官能化石墨烯制备得到的聚有机硅氧烷的导热系数越大。实验还表明，在剪切速率确定的情况下，官能化石墨烯包含的活性官能团的浓度越高，利用该官能化石墨烯制备得到的聚有机硅氧烷的粘度越大。
本申请提供的聚有机硅氧烷，一方面，由于官能化石墨烯能够和有机硅油中的分子发生化学反应，然后该官能化石墨烯与该分子的分子链之间通过共价键结合，所以在利用该官能化石墨烯和有机硅油制备的聚有机硅氧烷中，该官能化石墨烯的分布比较均匀，从而在一定程度上避免了现有技术中所述的团聚现象。相应的，利用该官能化石墨烯制得的聚有机硅氧烷具有比较好的导热性能。另一方面，由于官能化石墨烯是表面接枝活性分子的石墨烯，相对于石墨烯来说，该官能化石墨烯的导电性能更低。因此利用石墨烯和有机硅油制备的有机硅树脂来说，利用该官能化石墨烯和有机硅油制备的聚有机硅氧烷也会具有更低的导电性能。
可选的，该聚有机硅氧烷中还添加有导热填料。其中，该导热填料可以为氧化铝、氮化硼或氮化铝等。在该聚有机硅树脂中添加导热填料，有利于进一步提高该聚有机硅氧烷的导热性能。
作为一个具体的实施例，将官能化石墨烯粉末添加在固化成型的有机硅基材(该有机硅基材可以是采用加成固化的方式固化的)中，使用三辊轮将该有机硅基材和该官能化石墨烯制备成膏状混合物。还可以在该膏状混合物中添加导热填料，比如添加重量百分比在50％-98％区间内的球形氧化铝。然后在140摄氏度的温度下固化该膏状导热材料，得到最终的导热材料。需要说明的是，该有机硅基材的导热系数为0.16W/mk。
实验测试结果表明，在该有机硅基材中添加重量百分比为3％的官能化石墨烯时，该最终的导热材料的导热系数可以达到0.21W/mk。在该有机硅基材中添加重量百分比为5％的官能化石墨烯时，该最终的导热材料的导热系数可以达0.28W/mk。实验测试结果还表明，该最终的导热材料的电导率依然维持在10E-06S/m以下，也即该最终的导热材料呈绝缘特性。并且，该最终的导热材料的粘度可以达到1.2Pa·s，由于该有机硅基材的粘度为0.7Pa·s，因此，该最终的导热材料的粘度相对于该有机硅基材的粘度来说是提升了，所以该最终的导热材料依然具有良好的可加工性。
以上，仅为本发明的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (41)

1.一种官能化石墨烯，其特征在于，包括一个或多个活性分子和石墨烯，多个所述活性分子之间是相互隔离的，每一所述活性分子均通过C-O-Si共价键接枝在所述石墨烯上，且至少一个所述活性分子通过多个所述C-O-Si共价键接枝在所述石墨烯上，所述C-O-Si共价键中的C来自所述石墨烯；
所述活性分子的主链结构为至少两个Si-O键串联后，再与Si键串联的结构；所述活性分子具有至少两个活性官能团。
2.根据权利要求1所述的官能化石墨烯，其特征在于，
所述官能化石墨烯中碳元素的重量百分比大于或等于50％且小于或等于99.8％，氧元素的重量百分比大于或等于0.1％且小于或等于49.9％，硅元素的重量百分比大于或等于0.1％且小于或等于49.9％。
3.根据权利要求1或2所述的官能化石墨烯，其特征在于，所述石墨烯为多层石墨烯，所述活性分子接枝在所述多层石墨烯的表面，或接枝在所述多层石墨烯中相邻两层石墨烯之间。
4.根据权利要求1至3任意一项所述的官能化石墨烯，其特征在于，所述至少两个活性官能团中的每个活性官能团与所述主链结构中的一个Si连接；。
5.根据权利要求1至4任意一项所述的官能化石墨烯，其特征在于，
所述至少两个活性官能团包括至少一个硅氢键或不饱和键和至少一个含氧的可水解基团。
6.根据权利要求5所述的官能化石墨烯，其特征在于，所述含氧的可水解基团为烷氧基或酰氧基。
7.根据权利要求1至6任意一项所述的官能化石墨烯，其特征在于，所述石墨烯为石墨烯纳米片、氧化石墨烯或还原的氧化石墨烯。
8.根据权利要求7所述的官能化石墨烯，其特征在于，
在所述石墨烯为石墨烯纳米片的情况下，所述官能化石墨烯的横向尺寸大于或等于0.1微米且小于或等于150微米；或，
在所述石墨烯为氧化石墨烯或还原的氧化石墨烯的情况下，所述官能化石墨烯的横向尺寸大于或等于1微米且小于或等于150微米。
9.根据权利要求1至8任意一项所述的官能化石墨烯，其特征在于，所述官能化石墨烯的导电率为大于或等于10-8S/m且小于或等于1000S/m。
10.根据权利要求1至9任意一项所述的官能化石墨烯，其特征在于，所述C-O-Si共价键中的Si来自所述活性分子的主链结构。
11.根据权利要求1至10任意一项所述的官能化石墨烯，其特征在于，至少一个所述活性分子通过一个所述C-O-Si共价键接枝在所述石墨烯上。
12.一种官能化石墨烯，其特征在于，包括一个或多个活性分子和石墨烯，多个所述活性分子之间是相互隔离的，每一所述活性分子均通过C-O-Si共价键接枝在所述石墨烯上，且至少一个所述活性分子通过多个所述C-O-Si共价键接枝在所述石墨烯上，至少一个所述活性分子通过一个所述C-O-Si共价键接枝在所述石墨烯上；所述C-O-Si共价键中的C来自所述石墨烯；
所述活性分子的主链结构为Si-O-Si结构；所述活性分子具有至少两个活性官能团。
13.根据权利要求1所述的官能化石墨烯，其特征在于，
所述官能化石墨烯中碳元素的重量百分比大于或等于50％且小于或等于99.8％，氧元素的重量百分比大于或等于0.1％且小于或等于49.9％，硅元素的重量百分比大于或等于0.1％且小于或等于49.9％。
14.根据权利要求12或13所述的官能化石墨烯，其特征在于，所述石墨烯为多层石墨烯，所述活性分子接枝在所述多层石墨烯的表面，或接枝在所述多层石墨烯中相邻两层石墨烯之间。
15.根据权利要求12至14任意一项所述的官能化石墨烯，其特征在于，所述至少两个活性官能团中的每个活性官能团与所述主链结构中的一个Si连接；。
16.根据权利要求12至15任意一项所述的官能化石墨烯，其特征在于，
所述至少两个活性官能团包括至少一个硅氢键或不饱和键和至少一个含氧的可水解基团。
17.根据权利要求16所述的官能化石墨烯，其特征在于，所述含氧的可水解基团为烷氧基或酰氧基。
18.根据权利要求12至17任意一项所述的官能化石墨烯，其特征在于，所述石墨烯为石墨烯纳米片、氧化石墨烯或还原的氧化石墨烯。
19.根据权利要求18所述的官能化石墨烯，其特征在于，
在所述石墨烯为石墨烯纳米片的情况下，所述官能化石墨烯的横向尺寸大于或等于0.1微米且小于或等于150微米；或，
在所述石墨烯为氧化石墨烯或还原的氧化石墨烯的情况下，所述官能化石墨烯的横向尺寸大于或等于1微米且小于或等于150微米。
20.根据权利要求12至19任意一项所述的官能化石墨烯，其特征在于，所述官能化石墨烯的导电率为大于或等于10-8S/m且小于或等于1000S/m。
21.根据权利要求12至20任意一项所述的官能化石墨烯，其特征在于，所述C-O-Si共价键中的Si来自所述活性分子的主链结构。
22.一种如权利要求1至11任意一项所述官能化石墨烯的制备方法，其特征在于，
对分散有石墨烯和硅烷偶联剂的溶液进行加热处理，得到第一溶液，所述第一溶液中分散有表面接枝硅烷的石墨烯，所述表面接枝硅烷的石墨烯是由所述硅烷偶联剂的可水解基团与所述石墨烯表面的含氧官能团发生化学反应得到的；
对所述第一溶液进行加热处理，得到第二溶液，所述第二溶液中分散有所述官能化石墨烯，所述官能化石墨烯中的活性分子是接枝在所述表面接枝硅烷的石墨烯表面的至少两个硅烷发生聚合反应得到的；
对所述第二溶液进行干燥处理，得到所述官能化石墨烯。
23.根据权利要求22所述的制备方法，其特征在于，所述第一溶液中还分散有所述硅烷偶联剂，则所述官能化石墨烯中的活性分子是所述接枝硅烷的石墨烯表面接枝的至少两个硅烷之间发生聚合反应得到的，或者，是所述接枝硅烷的石墨烯表面接枝的至少一个硅烷与所述硅烷偶联剂发生聚合反应得到的。
24.根据权利要求22或23所述的制备方法，其特征在于，所述石墨烯为多层石墨烯，所述石墨烯的表面是指所述多层石墨烯的表面，或所述多层石墨烯中相邻两层石墨烯之间。
25.根据权利要求22至24任意一项所述的制备方法，其特征在于，对分散有石墨烯和硅烷偶联剂的溶液进行加热时，加热温度大于或等于25度且小于或等于100度，加热时间大于或位于0.1小时且小于或等于12小时。
26.根据权利要求22至25任意一项所述的制备方法，其特征在于，对所述第一溶液进行加热时，加热温度大于或等于120度且小于或等于240度，加热时间大于或位于0.1小时且小于或等于24小时。
27.根据权利要求22至26任意一项所述的制备方法，其特征在于，所述石墨烯的横向尺寸大于或等于3微米且小于或等于300微米。
28.根据权利要求22至27任意一项所述的制备方法，其特征在于，所述石墨烯的平均厚度大于或等于0.3纳米且小于或等于20纳米。
29.根据权利要求22至28任意一项所述的制备方法，其特征在于，所述石墨烯中碳的重量百分比大于或等于40％且小于或等于99.9％，氧的重量百分比大于或等于0.1％且小于或等于60％。
30.一种如权利要求12至21任意一项所述官能化石墨烯的制备方法，其特征在于，
对分散有石墨烯和硅烷偶联剂的溶液进行加热处理，得到第一溶液，所述第一溶液中分散有表面接枝硅烷的石墨烯，所述表面接枝硅烷的石墨烯是由所述硅烷偶联剂的可水解基团与所述石墨烯表面的含氧官能团发生化学反应得到的；
对所述第一溶液进行加热处理，得到第二溶液，所述第二溶液中分散有所述官能化石墨烯，所述官能化石墨烯中的活性分子是接枝在所述表面接枝硅烷的石墨烯表面的至少两个硅烷发生聚合反应得到的；
对所述第二溶液进行干燥处理，得到所述官能化石墨烯。
31.根据权利要求30所述的制备方法，其特征在于，所述第一溶液中还分散有所述硅烷偶联剂，则所述官能化石墨烯中的活性分子是所述接枝硅烷的石墨烯表面接枝的至少两个硅烷之间发生聚合反应得到的，或者，是所述接枝硅烷的石墨烯表面接枝的至少一个硅烷与所述硅烷偶联剂发生聚合反应得到的。
32.根据权利要求30或31所述的制备方法，其特征在于，所述石墨烯为多层石墨烯，所述石墨烯的表面是指所述多层石墨烯的表面，或所述多层石墨烯中相邻两层石墨烯之间。
33.根据权利要求30至32任意一项所述的制备方法，其特征在于，对分散有石墨烯和硅烷偶联剂的溶液进行加热时，加热温度大于或等于25度且小于或等于100度，加热时间大于或位于0.1小时且小于或等于12小时。
34.根据权利要求30至33任意一项所述的制备方法，其特征在于，对所述第一溶液进行加热时，加热温度大于或等于120度且小于或等于240度，加热时间大于或位于0.1小时且小于或等于24小时。
35.根据权利要求30至34任意一项所述的制备方法，其特征在于，所述石墨烯的横向尺寸大于或等于3微米且小于或等于300微米。
36.根据权利要求30至35任意一项所述的制备方法，其特征在于，所述石墨烯的平均厚度大于或等于0.3纳米且小于或等于20纳米。
37.根据权利要求30至36任意一项所述的制备方法，其特征在于，所述石墨烯中碳的重量百分比大于或等于40％且小于或等于99.9％，氧的重量百分比大于或等于0.1％且小于或等于60％。
38.一种聚有机硅氧烷，其特征在于，包括如权利要求1至11任意一项所述的官能化石墨烯和多个硅氧烷，每一个硅氧烷包括三个以上的Si-O键，所述三个以上的Si-O键是串联的，
所述多个硅氧烷包括至少一个第一硅氧烷和至少一个第二硅氧烷；
每一所述第一硅氧烷与所述主链结构通过Si-O-Si键结合，所述Si-O-Si键中的Si-O来自于所述第一硅氧烷，Si来自于所述主链结构；
每一所述第二硅氧烷与所述主链结构通过烷基结合。
39.根据权利要求38所述的聚有机硅氧烷，其特征在于，所述聚有机硅氧烷中分散有导热填料。
40.一种聚有机硅氧烷，其特征在于，包括如权利要求12至21任意一项所述的官能化石墨烯和多个硅氧烷，每一个硅氧烷包括三个以上的Si-O键，所述三个以上的Si-O键是串联的，
所述多个硅氧烷包括至少一个第一硅氧烷和至少一个第二硅氧烷；
每一所述第一硅氧烷与所述主链结构通过Si-O-Si键结合，所述Si-O-Si键中的Si-O来自于所述第一硅氧烷，Si来自于所述主链结构；
每一所述第二硅氧烷与所述主链结构通过烷基结合。
41.根据权利要求40所述的聚有机硅氧烷，其特征在于，所述聚有机硅氧烷中分散有导热填料。
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