CN108610501B - 一种使用气相沉积石墨烯来实现高温橡胶导电的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种使用气相沉积石墨烯来实现高温橡胶导电的方法，属于石墨烯复合导电材料应用领域。该技术利用等离子体增强气相沉积（PECVD）方法在高温橡胶最上层上沉积石墨烯薄膜，利用石墨烯的导电能力、柔性以及延展性，通过石墨烯与高温橡胶的紧密结合，实现高温橡胶与石墨烯在拉伸或拧转时产生同步应变，使得橡胶在不同形态下都具有导电能力，从而改变电学、稳定性等多方面的功能特性。并且这种导电能力可以在不同的形状或温度条件下稳定的存在，效果明显，方法简单。

Description

一种使用气相沉积石墨烯来实现高温橡胶导电的方法
技术领域
本发明涉及一种使用气相沉积石墨烯来实现高温橡胶导电的方法，属于石墨烯复合导电材料应用领域。
背景技术
石墨烯独特的结构和优异的性能，使其在改善材料的热性能、力学性能和电学性能等方面具有很大的潜力，已成为复合材料领域研究的热点。由于石墨烯具有优异的电学性能使之非常适用于导电复合材料的制备，把石墨烯作为组分之一来复合其他功能性材料，可以获得多功能的导电复合材料。石墨烯导电复合材料的研究是石墨烯研究领域的重要组成部分，可广泛应用于超级电容器电极、导电薄膜材料、燃料电池、锂离子电池电极等领域。
为了实现橡胶材料的导电能力，人们通常采用镀金属膜、掺杂等方法，但这些方法大多制备困难，成本高昂，难于控制且会明显降低橡胶的使用期限。
发明内容
为了克服上述缺陷，本发明首次利用石墨烯的柔性和导电能力，采用PECVD方法将石墨烯与高温橡胶紧密结合，改变了高温橡胶的导电性，提供一种使用气相沉积石墨烯来实现高温橡胶导电的方法，作为石墨烯复合导电材料的新应用。
为了对本发明的技术特征、目的和有益效果有更加清楚的理解，现对本发明的技术方案进行以下详细说明，但不能理解为对本发明的可实施范围的限定。
为了实现上述发明目的，本发明提供了一种使用气相沉积石墨烯来实现高温橡胶导电的方法，包括掺杂纳米Cu复合Ni片与纳米GaIn颗粒的丙烯酸酯橡胶的制备步骤和气相沉积的石墨烯表面膜的制备步骤；气相沉积的石墨烯表面膜包覆于掺杂纳米Cu复合Ni片与纳米GaIn颗粒的丙烯酸酯橡胶表面；
高温橡胶基底的制备步骤中，以丙烯酸丁酯、丙烯酸乙酯或丙烯酸甲酯为主单体，主单体、硫化点单体甲基丙烯酸环氧丙酯、纳米Cu复合Ni片、纳米GaIn颗粒与溶剂混合形成单体混合溶液，对单体混合溶液加热至恒温并加入引发剂，取样，对所取样品脱水并干燥，得到掺杂纳米Cu复合Ni片与纳米GaIn颗粒的丙烯酸酯橡胶；
气相沉积的石墨烯表面膜的制备步骤中，通过等离子体增强气相沉积(PECVD)方法将石墨烯膜沉积于掺杂纳米Cu复合Ni片与纳米GaIn颗粒的丙烯酸酯橡胶表面。
掺杂纳米Cu复合Ni片与纳米GaIn颗粒的丙烯酸酯橡胶的制备过程包括以下步骤：
(1)将丙烯酸丁酯、丙烯酸甲酯或丙烯酸乙酯提纯，去除阻聚剂及其它杂质，冷藏，备用；
(2)将步骤(1)中所得的主单体丙烯酸丁酯、丙烯酸乙酯或丙烯酸甲酯以及硫化点单体甲基丙烯酸环氧丙酯、纳米Cu复合Ni片与纳米GaIn颗粒，与溶剂混合形成单体混合溶液；其中Ga与In原子比为1:10-10:1；
(3)对步骤(2)中所得的单体混合溶液进行搅拌，并将搅拌反应釜里的空气排空；
(4)对步骤(3)中所得的单体混合溶液进行油浴加热，当单体混合溶液的温度恒定在设置温度不变时加入引发剂，并开始取样，每隔3-10分钟取样一次；
(5)反应过程保持在2个小时以上，实验结束后对所取样品脱水，将样品真空烘干至恒重，得到掺杂纳米Cu复合Ni片与纳米GaIn颗粒的丙烯酸酯橡胶。
气相沉积的石墨烯表面膜的制备过程包括以下步骤：
将事先制备的掺杂纳米Cu复合Ni片与纳米GaIn颗粒的丙烯酸酯橡胶表面用去离子水、乙醇、丙酮的一种或几种进行多次清洗，放入管式炉中；
将管式炉抽至真空状态，保持真空泵开通状态，通入保护气体，保持3-10分钟；之后持续保持真空泵开通状态，根据H2:保护气体＝20：(200～300)的气体流量比，通入管式炉中；所述的保护气体可以为纯氩气、氮气或者氩气和氮气的混合气体；
使管式炉内温度以5～10℃/min的速率升温至100～250℃，随后保温10～20分钟；在开始保温5分钟后，打开等离子体发射器，在预处理(指清洗)后的掺杂纳米Cu复合Ni片与纳米GaIn颗粒的丙烯酸酯橡胶上沉积石墨烯，持续3～10分钟，关闭等离子体发射器；
之后冷却到室温，关闭真空泵，取出沉积了石墨烯的掺杂纳米Cu复合Ni片与纳米GaIn颗粒的丙烯酸酯橡胶。
实现导电能力的所述的石墨烯为多原子层石墨烯。
步骤(1)中将丙烯酸丁酯、丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯在旋转蒸发仪中提纯；步骤(2)中，所述的溶剂为甲苯或乙酸乙酯；步骤(3)中，将步骤(2)中所得的单体混合溶液加入到玻璃反应釜磁力搅拌，打开搅拌桨并将转速设置为200r/min，并通入保护气体将反应釜里的空气排空；步骤(4)中油浴加热约2小时。所述的保护气体可以为纯氩气、氮气或者氩气和氮气的混合气体。
将沉积了石墨烯的掺杂纳米Cu复合Ni片与纳米GaIn颗粒的丙烯酸酯橡胶加热到60℃、120℃或180℃，测试样品的导电能力；随后将沉积了石墨烯的掺杂纳米Cu复合Ni片与纳米GaIn颗粒的丙烯酸酯橡胶拉伸1％～10％(或2％～10％)，实现石墨烯薄膜与丙烯酸酯橡胶基底的协同拉伸应变，测试样品的导电能力；将沉积了石墨烯的掺杂纳米Cu复合Ni片与纳米GaIn颗粒的丙烯酸酯橡胶放入强酸或者强碱中浸泡，取出冲洗后，测试样品的导电能力。
具体地，高温橡胶基底(即掺杂纳米Cu复合Ni片与纳米GaIn颗粒的丙烯酸酯橡胶)的制备包括以下步骤：
(1)将丙烯酸丁酯、丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯在旋转蒸发仪中提纯，把其中的阻聚剂及其它杂质去除，放到冰箱里冷藏，备用；
(2)将(1)中所得的主单体丙烯酸丁酯(或丙烯酸乙酯或丙烯酸甲酯)、硫化点单体甲基丙烯酸环氧丙酯、纳米Cu复合Ni片、纳米GaIn颗粒，溶剂为甲苯(或乙酸乙酯)混合形成单体混合溶液；
(3)将(2)中所得的单体混合溶液加入到2L玻璃反应釜磁力搅拌，打开搅拌桨转速设置200r/min，并通入氮气将反应釜里的空气排空；
(4)打开油浴泵对(3)中所得的单体混合液进行油浴加热大约2个小时左右，当温度恒定在设置温度不变时加入引发剂，并开始取样，每隔五分钟取样一次；
(5)反应过程保持在2个小时以上,实验结束后对所取样品脱水，将样品放置于真空烘箱中真空烘干至恒重约24小时，得到丙烯酸酯橡胶。
所述沉积方法包括以下步骤：
将事先制备的掺杂纳米Cu复合Ni片与纳米GaIn颗粒的丙烯酸酯橡胶表面用去离子水、乙醇、丙酮等多次清洗，放入管式炉中；
将管式炉抽至真空状态，保持真空泵开通状态，通入纯Ar，保持3分钟；之后持续保持真空泵开通状态，根据H2:Ar＝20：(200～300)的气体流量比，通入管式炉中；
设置程序，使管式炉内温度以5～10℃/min升温至100～250℃，随后保温10～20分钟。在开始保温5分钟后，打开等离子体发射器，在预处理后的丙烯酸酯橡胶上沉积石墨烯，持续3～10分钟，关闭等离子体发射器；
之后冷却到室温，关闭真空泵，取出沉积了石墨烯的掺杂纳米Cu复合Ni片的丙烯酸酯橡胶。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
(1)为了实现橡胶材料的导电能力，人们通常采用镀金属膜、掺杂等方法，但这些方法大多制备困难，成本高昂，难于控制且会明显降低橡胶的使用期限，而本设计方法是首次利用石墨烯的柔性和导电能力，将石墨烯与高温橡胶复合，在不改变高温橡胶本体化学成分与机械能力的条件下，将高温橡胶的导电性提升100倍以上；
(2)一般高温橡胶表面裸露，应对强酸强碱等环境会产生被腐蚀等负面效果，本设计方案将石墨烯包覆至橡胶表面，相当于在橡胶表面包覆了一层保护膜，将橡胶与周围环境绝缘，大大提升了高温橡胶的防腐蚀能力；
(3)本发明的一种使用气相沉积石墨烯来实现高温橡胶导电的方法，利用PECVD方法在高温橡胶上原位生长石墨烯，将石墨烯与高温橡胶以范德华力紧密结合，克服了以往转移方法如旋涂时石墨烯与基底接触不牢的缺陷。在制备过程中加入少量的掺杂纳米Cu复合Ni片，在将其作为催化剂的同时也是橡胶中的增强相，大幅提升此高温橡胶的力学性能；
(4)本发明的制备橡胶的过程中加入了少量的GaIn合金纳米颗粒，这是在以往研究中从未报道过的，GaIn为低熔点金属，在高温橡胶使用过程中若表面石墨烯层有破裂时，GaIn合金可在裂纹位置融化并进行自修复，显著提升此橡胶的高温导电性能。另外GaIn合金同Cu复合Ni纳米片一样，同为纳米增强相颗粒，可显著提升其力学性能。
附图说明
图1为实施例1中制备得到的石墨烯的拉曼测试结果；
图2为实施例1制得的石墨烯包覆高温橡胶的扫描电子显微镜的测试结果；
图3为实施例1制得的石墨烯包覆高温橡胶的拉伸电学能力测试结果；
图4为沉积了石墨烯的掺杂纳米Cu片与纳米GaIn颗粒的丙烯酸酯橡胶的结构图。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和有益效果有更加清楚的理解，现参照说明书附图对本发明的技术方案进行以下详细说明，但不能理解为对本发明的可实施范围的限定。
实施例1、气相沉积石墨烯来实现丙烯酸丁酯主单体掺杂纳米Cu片与纳米GaIn颗粒的丙烯酸酯橡胶导电的方法
1、丙烯酸丁酯主单体掺杂纳米Cu片与GaIn合金纳米颗粒的丙烯酸酯橡胶基底的制备包括以下步骤：
(1)将丙烯酸丁酯在旋转蒸发仪中提纯，把其中的阻聚剂及其它杂质去除，放到冰箱里冷藏，备用；
(2)将(1)中所得的主单体丙烯酸丁酯、硫化点单体甲基丙烯酸环氧丙酯、纳米Cu片、GaIn合金纳米颗粒(Ga与In原子比为1:10)，溶剂为乙酸乙酯混合形成单体混合溶液；
(3)将(2)中所得的单体混合溶液加入到2L玻璃反应釜磁力搅拌，打开搅拌桨转速设置200r/min，并通入氮气将反应釜里的空气排空；
(4)打开油浴泵对(3)中所得的单体混合液进行油浴加热大约2个小时左右，当温度恒定在设置温度不变时加入引发剂，并开始取样，每隔五分钟取样一次；
(5)反应过程保持在2个小时以上,实验结束后对所取样品脱水，将样品放置于真空烘箱中真空烘干至恒重约24小时，得到掺杂纳米Cu片与纳米GaIn颗粒的丙烯酸酯橡胶；
2、表面石墨烯薄膜沉积包括以下步骤：
将事先制备的掺杂纳米Cu片与纳米GaIn颗粒的丙烯酸酯橡胶表面用去离子水、乙醇、丙酮等多次清洗，放入管式炉中；
将管式炉抽至真空状态，保持真空泵开通状态，通入纯Ar，保持3分钟；之后持续保持真空泵开通状态，根据H2:Ar＝20：200的气体流量比，通入管式炉中；
设置程序，使管式炉内温度以10℃/min升温至250℃，随后保温20分钟。在开始保温5分钟后，打开等离子体发射器，在预处理后的丙烯酸酯橡胶上沉积石墨烯，持续10分钟，关闭等离子体发射器；
之后冷却到室温，关闭真空泵，取出沉积了石墨烯的掺杂纳米Cu片与纳米GaIn颗粒的丙烯酸酯橡胶，如图4；
将沉积的石墨烯进行拉曼测试，所得的结果如图1(NiTi薄膜的应力应变曲线)所示。随后对沉积了石墨烯的掺杂纳米Cu片复合GaIn合金纳米颗粒的丙烯酸酯橡胶进行扫面电子显微镜测试，所得的结果如图2所示，纳米颗粒分布均匀，无明显团聚现象。对沉积了石墨烯的掺杂纳米Cu片与GaIn合金纳米颗粒的丙烯酸酯橡胶进行方阻测试，得到样品在常温下方阻为264Ω/sq，市场上掺杂石墨烯的方阻为2000Ω/sq以上，两者相差近十倍。将沉积了石墨烯的掺杂纳米Cu片复合GaIn合金纳米颗粒的丙烯酸酯橡胶加热到60℃、120℃、180℃，测试样品的方阻，分别为268、274、277Ω/sq，与常温下测试得到264Ω/sq的结果几乎没有差距。随后将沉积了石墨烯的掺杂纳米Cu片复合GaIn合金纳米颗粒的丙烯酸酯橡胶拉伸1％～10％，实现了石墨烯薄膜与丙烯酸酯橡胶基底的协同拉伸应变，测试样品的方阻变化，如图3所示，样品拉伸到10％时方阻仅为约325Ω/sq。样品拉伸到10％之后方阻变化不大，再次展示了优异的实用性能。
实施例2、气相沉积石墨烯来实现丙烯酸丁酯主单体掺杂纳米Ni片复合GaIn合金纳米颗粒的丙烯酸酯橡胶导电的方法
1、丙烯酸丁酯主单体掺杂纳米Ni片与纳米GaIn颗粒的丙烯酸酯橡胶基底的制备包括以下步骤：
(1)将丙烯酸丁酯在旋转蒸发仪中提纯，把其中的阻聚剂及其它杂质去除，放到冰箱里冷藏，备用；
(2)将(1)中所得的主单体丙烯酸丁酯、硫化点单体甲基丙烯酸环氧丙酯、纳米Ni片与GaIn合金纳米颗粒(Ga与In原子比为10:1)，溶剂为甲苯混合形成单体混合溶液；
(3)将(2)中所得的单体混合溶液加入到2L玻璃反应釜磁力搅拌，打开搅拌桨转速设置200r/min，并通入氮气将反应釜里的空气排空；
(4)打开油浴泵对(3)中所得的单体混合液进行油浴加热大约2个小时左右，当温度恒定在设置温度不变时加入引发剂，并开始取样，每隔五分钟取样一次；
(5)反应过程保持在2个小时以上,实验结束后对所取样品脱水，将样品放置于真空烘箱中真空烘干至恒重约24小时，得到掺杂纳米Ni片与纳米GaIn颗粒的丙烯酸酯橡胶；
2、表面石墨烯薄膜沉积包括以下步骤：
将事先制备的掺杂纳米Ni片复合GaIn合金纳米颗粒的丙烯酸酯橡胶表面用去离子水、乙醇、丙酮等多次清洗，放入管式炉中；
将管式炉抽至真空状态，保持真空泵开通状态，通入纯Ar，保持3分钟；之后持续保持真空泵开通状态，根据H2:Ar＝20：300的气体流量比，通入管式炉中；
设置程序，使管式炉内温度以5℃/min升温至100℃，随后保温10分钟。在开始保温5分钟后，打开等离子体发射器，在预处理后的丙烯酸酯橡胶上沉积石墨烯，持续3分钟，关闭等离子体发射器；
之后冷却到室温，关闭真空泵，取出沉积了石墨烯的掺杂纳米Ni片复合GaIn合金纳米颗粒的丙烯酸酯橡胶。
纳米颗粒分布均匀，无明显团聚现象。对沉积了石墨烯的掺杂纳米Ni片与GaIn合金纳米颗粒的丙烯酸酯橡胶进行方阻测试，得到样品在常温下方阻为204Ω/sq，市场上掺杂石墨烯的方阻为2000Ω/sq以上，两者相差近十倍。将沉积了石墨烯的掺杂纳米Cu片复合GaIn合金纳米颗粒的丙烯酸酯橡胶加热到50℃、100℃、150℃，测试样品的方阻，分别为210、214、218Ω/sq，与常温下测试得到204Ω/sq的结果几乎没有差距。随后将沉积了石墨烯的掺杂纳米Ni片复合GaIn合金纳米颗粒的丙烯酸酯橡胶拉伸1％～10％，实现了石墨烯薄膜与丙烯酸酯橡胶基底的协同拉伸应变，测试样品的方阻变化，样品拉伸到15％时方阻仅为约225Ω/sq，再次展示了优异的实用性能。
实施例3、气相沉积石墨烯来实现丙烯酸乙酯主单体掺杂纳米Ni片复合GaIn合金纳米颗粒的丙烯酸酯橡胶导电的方法
1、丙烯酸乙酯主单体掺杂纳米Ni片与纳米GaIn颗粒的丙烯酸酯橡胶基底的制备包括以下步骤：
(1)将丙烯酸乙酯在旋转蒸发仪中提纯，把其中的阻聚剂及其它杂质去除，放到冰箱里冷藏，备用；
(2)将(1)中所得的主单体丙烯酸乙酯、硫化点单体甲基丙烯酸环氧丙酯、纳米Ni片与GaIn合金纳米颗粒(Ga与In原子比为1:1)，溶剂为乙酸乙酯混合形成单体混合溶液；
(3)将(2)中所得的单体混合溶液加入到2L玻璃反应釜磁力搅拌，打开搅拌桨转速设置200r/min，并通入氮气将反应釜里的空气排空；
(4)打开油浴泵对(3)中所得的单体混合液进行油浴加热大约2个小时左右，当温度恒定在设置温度不变时加入引发剂，并开始取样，每隔五分钟取样一次；
(5)反应过程保持在2个小时以上,实验结束后对所取样品脱水，将样品放置于真空烘箱中真空烘干至恒重约24小时，得到掺杂纳米Ni片与纳米GaIn颗粒的丙烯酸酯橡胶；
2、表面石墨烯薄膜沉积包括以下步骤：
将事先制备的掺杂纳米Ni片复合GaIn合金纳米颗粒的丙烯酸酯橡胶表面用去离子水、乙醇、丙酮等多次清洗，放入管式炉中；
将管式炉抽至真空状态，保持真空泵开通状态，通入纯Ar，保持3分钟；之后持续保持真空泵开通状态，根据H2:Ar＝20：300的气体流量比，通入管式炉中；
设置程序，使管式炉内温度以5℃/min升温至100℃，随后保温10分钟。在开始保温5分钟后，打开等离子体发射器，在预处理后的丙烯酸酯橡胶上沉积石墨烯，持续3分钟，关闭等离子体发射器；
之后冷却到室温，关闭真空泵，取出沉积了石墨烯的掺杂纳米Ni片复合GaIn合金纳米颗粒的丙烯酸酯橡胶。
纳米颗粒分布均匀，无明显团聚现象。对沉积了石墨烯的掺杂纳米Ni片与GaIn合金纳米颗粒的丙烯酸酯橡胶进行方阻测试，得到样品在常温下方阻为196Ω/sq，市场上掺杂石墨烯的方阻为2000Ω/sq以上，两者相差近十倍。将沉积了石墨烯的掺杂纳米Cu片复合GaIn合金纳米颗粒复合GaIn合金纳米颗粒的丙烯酸酯橡胶加热到50℃、100℃、150℃、200℃，测试样品的方阻，分别为200、214、227、235Ω/sq，与常温下测试得到196Ω/sq的结果相当。随后将沉积了石墨烯的掺杂纳米Ni片复合GaIn合金纳米颗粒的丙烯酸酯橡胶拉伸15％，方阻仅为约225Ω/sq，再次展示了优异的实用性能。
实施例4、气相沉积石墨烯来实现丙烯酸甲酯主单体掺杂纳米Ni片复合GaIn合金纳米颗粒的丙烯酸酯橡胶导电的方法
1、丙烯酸甲酯主单体掺杂纳米Ni片复合GaIn合金纳米颗粒的丙烯酸酯橡胶基底的制备包括以下步骤：
(1)将丙烯酸甲酯在旋转蒸发仪中提纯，把其中的阻聚剂及其它杂质去除，放到冰箱里冷藏，备用；
(2)将(1)中所得的主单体丙烯酸甲酯、硫化点单体甲基丙烯酸环氧丙酯、纳米Ni片与GaIn合金纳米颗粒(Ga与In原子比为2:1)，溶剂为乙酸乙酯混合形成单体混合溶液；
(3)将(2)中所得的单体混合溶液加入到2L玻璃反应釜磁力搅拌，打开搅拌桨转速设置200r/min，并通入氮气将反应釜里的空气排空；
(4)打开油浴泵对(3)中所得的单体混合液进行油浴加热大约2个小时左右，当温度恒定在设置温度不变时加入引发剂，并开始取样，每隔五分钟取样一次；
(5)反应过程保持在2个小时以上,实验结束后对所取样品脱水，将样品放置于真空烘箱中真空烘干至恒重约24小时，得到掺杂纳米Ni片与纳米GaIn颗粒的丙烯酸酯橡胶；
2、表面石墨烯薄膜沉积包括以下步骤：
将事先制备的掺杂纳米Ni片复合GaIn合金纳米颗粒的丙烯酸酯橡胶表面用去离子水、乙醇、丙酮等多次清洗，放入管式炉中；
将管式炉抽至真空状态，保持真空泵开通状态，通入纯Ar，保持3分钟；之后持续保持真空泵开通状态，根据H2:Ar＝20：200的气体流量比，通入管式炉中；
设置程序，使管式炉内温度以5℃/min升温至150℃，随后保温10分钟。在开始保温5分钟后，打开等离子体发射器，在预处理后的丙烯酸酯橡胶上沉积石墨烯，持续5分钟，关闭等离子体发射器；
之后冷却到室温，关闭真空泵，取出沉积了石墨烯的掺杂纳米Ni片复合GaIn合金纳米颗粒的丙烯酸酯橡胶。
纳米颗粒分布均匀，无明显团聚现象。对沉积了石墨烯的掺杂纳米Ni片与GaIn合金纳米颗粒的丙烯酸酯橡胶进行方阻测试，得到样品在常温下方阻为226Ω/sq，市场上掺杂石墨烯的方阻为2000Ω/sq以上，两者相差近十倍。将沉积了石墨烯的掺杂纳米Cu片复合GaIn合金纳米颗粒复合GaIn合金纳米颗粒的丙烯酸酯橡胶加热到50℃、100℃、150℃、200℃，测试样品的方阻，分别为228、230、237、235Ω/sq，与常温下测试得到结果相当。随后将沉积了石墨烯的掺杂纳米Ni片复合GaIn合金纳米颗粒的丙烯酸酯橡胶拉伸15％，方阻仅为约250Ω/sq，再次展示了优异的实用性能。
实施例5、气相沉积石墨烯来实现丙烯酸甲酯主单体掺杂纳米Cu片复合GaIn合金纳米颗粒的丙烯酸酯橡胶导电的方法
1、丙烯酸甲酯主单体掺杂纳米Cu片复合GaIn合金纳米颗粒的丙烯酸酯橡胶基底的制备包括以下步骤：
(1)将丙烯酸甲酯在旋转蒸发仪中提纯，把其中的阻聚剂及其它杂质去除，放到冰箱里冷藏，备用；
(2)将(1)中所得的主单体丙烯酸甲酯、硫化点单体甲基丙烯酸环氧丙酯、纳米Cu片，溶剂为乙酸乙酯混合形成单体混合溶液；
(3)将(2)中所得的单体混合溶液加入到2L玻璃反应釜磁力搅拌，打开搅拌桨转速设置200r/min，并通入氮气将反应釜里的空气排空；
(4)打开油浴泵对(3)中所得的单体混合液进行油浴加热大约2个小时左右，当温度恒定在设置温度不变时加入引发剂，并开始取样，每隔五分钟取样一次；
(5)反应过程保持在2个小时以上,实验结束后对所取样品脱水，将样品放置于真空烘箱中真空烘干至恒重约24小时，得到掺杂纳米Cu片复合GaIn合金纳米颗粒的丙烯酸酯橡胶；
2、表面石墨烯薄膜沉积包括以下步骤：
将事先制备的掺杂纳米Cu片复合GaIn合金纳米颗粒的丙烯酸酯橡胶表面用去离子水、乙醇、丙酮等多次清洗，放入管式炉中；
将管式炉抽至真空状态，保持真空泵开通状态，通入纯Ar，保持3分钟；之后持续保持真空泵开通状态，根据H2:Ar＝20：200的气体流量比，通入管式炉中；
设置程序，使管式炉内温度以5℃/min升温至150℃，随后保温10分钟。在开始保温5分钟后，打开等离子体发射器，在预处理后的丙烯酸酯橡胶上沉积石墨烯，持续5分钟，关闭等离子体发射器；
之后冷却到室温，关闭真空泵，取出沉积了石墨烯的掺杂纳米Cu片复合GaIn合金纳米颗粒的丙烯酸酯橡胶。
纳米颗粒分布均匀，无明显团聚现象。对沉积了石墨烯的掺杂纳米Cu片与GaIn合金纳米颗粒的丙烯酸酯橡胶进行方阻测试，得到样品在常温下方阻为186Ω/sq，市场上掺杂石墨烯的方阻为2000Ω/sq以上，两者相差近十倍。将沉积了石墨烯的掺杂纳米Cu片复合GaIn合金纳米颗粒复合GaIn合金纳米颗粒的丙烯酸酯橡胶加热到50℃、100℃、150℃、200℃，测试样品的方阻，分别为202、212、228、238Ω/sq，与常温下测试得到186Ω/sq的结果相当。随后将沉积了石墨烯的掺杂纳米Cu片复合GaIn合金纳米颗粒的丙烯酸酯橡胶拉伸15％，方阻仅为约215Ω/sq，再次展示了优异的实用性能。
以上显示描述了本发明的基本原理、主要特征以及优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落进要求保护本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (8)

1.一种使用气相沉积石墨烯来实现高温橡胶导电的方法，其特征在于，包括掺杂纳米Cu复合Ni片与纳米GaIn颗粒的丙烯酸酯橡胶的制备步骤和气相沉积的石墨烯表面膜的制备步骤；气相沉积的石墨烯表面膜包覆于掺杂纳米Cu复合Ni片与纳米GaIn颗粒的丙烯酸酯橡胶表面；
高温橡胶基底的制备步骤中，以丙烯酸丁酯、丙烯酸乙酯或丙烯酸甲酯为主单体，主单体、硫化点单体甲基丙烯酸环氧丙酯、纳米Cu复合Ni片、纳米GaIn颗粒与溶剂混合形成单体混合溶液，对单体混合溶液加热至恒温并加入引发剂，取样，对所取样品脱水并干燥，得到掺杂纳米Cu复合Ni片与纳米GaIn颗粒的丙烯酸酯橡胶；
气相沉积的石墨烯表面膜的制备步骤中，通过等离子体增强气相沉积(PECVD)方法将石墨烯膜沉积于掺杂纳米Cu复合Ni片与纳米GaIn颗粒的丙烯酸酯橡胶表面。
2.根据权利要求1所述的一种使用气相沉积石墨烯来实现高温橡胶导电的方法，其特征在于，
掺杂纳米Cu复合Ni片与纳米GaIn颗粒的丙烯酸酯橡胶的制备过程包括以下步骤：
(1)将丙烯酸丁酯、丙烯酸甲酯或丙烯酸乙酯提纯，去除阻聚剂及其它杂质，冷藏，备用；
(2)将步骤(1)中所得的主单体丙烯酸丁酯、丙烯酸乙酯或丙烯酸甲酯以及硫化点单体甲基丙烯酸环氧丙酯、纳米Cu复合Ni片、纳米GaIn颗粒与溶剂混合形成单体混合溶液，其中Ga与In原子比为1:10-10:1；
(3)对步骤(2)中所得的单体混合溶液进行搅拌，并将搅拌反应釜里的空气排空；
(4)对步骤(3)中所得的单体混合溶液进行油浴加热，当单体混合溶液的温度恒定在设置温度不变时加入引发剂，并开始取样，每隔3-10分钟取样一次；
(5)反应过程保持在2个小时以上，实验结束后对所取样品脱水，将样品真空烘干至恒重，得到掺杂纳米Cu复合Ni片与纳米GaIn颗粒的丙烯酸酯橡胶。
3.根据权利要求1所述的一种使用气相沉积石墨烯来实现高温橡胶导电的方法，其特征在于，气相沉积的石墨烯表面膜的制备过程包括以下步骤：
将事先制备的掺杂纳米Cu复合Ni片与纳米GaIn颗粒的丙烯酸酯橡胶表面用去离子水、乙醇、丙酮的一种或几种进行多次清洗，放入管式炉中；
将管式炉抽至真空状态，保持真空泵开通状态，通入保护气体，保持3-10分钟；之后持续保持真空泵开通状态，根据H2:保护气体＝20：(200～300)的气体流量比，通入管式炉中；
使管式炉内温度以5～10℃/min的速率升温至100～250℃，随后保温10～20分钟；在开始保温5分钟后，打开等离子体发射器，在预处理后的掺杂纳米Cu复合Ni片与纳米GaIn颗粒的丙烯酸酯橡胶上沉积石墨烯，持续3～10分钟，关闭等离子体发射器；
之后冷却到室温，关闭真空泵，取出沉积了石墨烯的掺杂纳米Cu复合Ni片与纳米GaIn颗粒的丙烯酸酯橡胶。
4.根据权利要求1-3任意一项所述的一种使用气相沉积石墨烯来实现高温橡胶导电的方法，其特征在于，实现导电能力的所述的石墨烯为多原子层石墨烯。
5.根据权利要求3所述的一种使用气相沉积石墨烯来实现高温橡胶导电的方法，其特征在于，所述的保护气体为纯氩气、氮气或者氩气和氮气的混合气体。
6.根据权利要求2所述的一种使用气相沉积石墨烯来实现高温橡胶导电的方法，其特征在于，步骤(1)中将丙烯酸丁酯、丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯在旋转蒸发仪中提纯；步骤(2)中，所述的溶剂为甲苯或乙酸乙酯；步骤(3)中，将步骤(2)中所得的单体混合溶液加入到玻璃反应釜磁力搅拌，打开搅拌桨且转速设置为100-1000r/min，并通入保护气体将反应釜里的空气排空；步骤(4)中油浴加热1-5小时。
7.根据权利要求6所述的一种使用气相沉积石墨烯来实现高温橡胶导电的方法，其特征在于，所述的保护气体为纯氩气、氮气或者氩气和氮气的混合气体。
8.根据权利要求1-3任意一项所述的一种使用气相沉积石墨烯来实现高温橡胶导电的方法，其特征在于，将沉积了石墨烯的掺杂纳米Cu复合Ni片与纳米GaIn颗粒的丙烯酸酯橡胶加热到60℃、120℃或180℃，测试样品的导电能力；随后将沉积了石墨烯的掺杂纳米Cu复合Ni片与纳米GaIn颗粒的丙烯酸酯橡胶拉伸1％～10％，实现石墨烯薄膜与丙烯酸酯橡胶基底的协同拉伸应变，测试样品的导电能力；将沉积了石墨烯的掺杂纳米Cu复合Ni片与纳米GaIn颗粒的丙烯酸酯橡胶放入强酸或者强碱中浸泡，取出冲洗后，测试样品的导电能力。
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