PDMS/石墨烯柔性材料形態與性能的研究

摘 ?要：通過采用低溫等離子體對聚二甲基硅氧烷（PDMS）進行親水化改性，以改善PDMS與RGO的浸潤性，考察處理時間對PDMS表面親水性的影響，結果表明處理時間越長PDMS表面親水性越好。以及制備維C還原氧化石墨烯得到石墨烯薄膜，轉移到柔性聚合物聚二甲硅氧烷（PDMS）上，得到石墨烯-聚合物雜化的復合結構，從而考察石墨烯對PDMS透明性等性能的影響。結果表明石墨烯沒有降低PDMS的透明性。

關鍵詞：石墨烯;聚二甲基硅氧烷;維C還原法;復合改性

聚二甲基硅氧烷（PDMS）是一種多孔材料，表現為極強的表面疏水性，所以需要對PDMS進行一定的表面修飾。梁衛東以碳酸鈣為模板制備出多孔石墨烯[1][2]，以PDM氣相沉積改性法增強了多孔石墨烯親油性，此研究可應用于余熱回收及太陽能貯存等領域。Xiaohong An[3]將1-芘羧酸（PCA）官能化并層壓到PDMS膜上，PCA的非共價鍵功能化可在不失去石墨烯的導電性的前提下令其同時增加特殊的光學感測性質。此混合3結構可應用于低成本、便攜式光電子器件領域。本文考察石墨烯對PDMS透明性、導電性等性能的影響。

1 ?實驗部分

1.1 ?原料

氧化石墨烯：上海麥克林化學試劑有限公司;維生素C，上海麥克林化學試劑有限公司;N，N-二甲基甲酰胺，上海麥克林化學試劑有限公司。

1.2 ?材料制備

配制0.1mg/mL的氧化石墨烯水溶液，調整PH至9-10，按2mg/mL的比例加入維C，在95℃下反應15min。再將維C還原的石墨烯溶液濃度調至10μm/mL，真空過濾干燥，形成石墨烯膜。

將獲得的石墨烯薄膜從纖維素濾紙膜轉移到柔性聚合物聚二甲硅氧烷（PDMS）上，以得到石墨烯-聚合物雜化的復合結構。

1.3 ?性能測試與表征

將還原氧化石墨烯水溶液與還原氧化石墨烯氨水溶液一同放入超聲波儀器30min，促進溶解分散，靜置5min，并排放在白色背景下拍照。分別用紅外光譜儀、用紫外分光光度計、接觸角針頭等儀器。

2 結果與討論

從圖1可知，改性的PDMS紅外曲線中，隨著處理時間的增加，吸收峰變窄說明采用低溫等離子體對PDMS改性，成功在PDMS表面接枝了以-OH為主的官能團基團。

從圖2可知可見光范圍在400至800nm之間，純PDMS平均透光率從10%變化至20%。與可見光范圍的透射率相比，紫外線區域200至400nm之間，樣品的透射率稍高，從10%變化至30%。而低溫等離子體改性到10min的PDMS，在400至800nm之間的可見光區域，平均透光率從·10%變化至50%。在200至400nm的紫外光區域，樣品的透射率稍低，從10%變化至20%（經3min低溫等離子處理的數據由于操作失誤異常，其他處理時間組別規律正常）。這些結果表明改性PDMS允許大量的光在可見區域中通過，即透過率增大，同時選擇性地禁止UV區域中的透射率。

從接觸角數據可知室溫條件下未經處理的PDMS 水接觸角為116.6°，顯示為疏水表面。對于經低溫等離子處理的PDMS，水接觸角的值顯著降低。處理1min的水接觸角降低到 60.9°，處理3min的水接觸角降低到76.2°，處理5min的水接觸角降低到57.5°，處理10min的水接觸角降低到46.7°。

從紫外光數據可知可見光范圍在400至800nm之間，純PDMS平均透光率從10%變化至20%。與可見光范圍的透射率相比，紫外線區域200至400nm之間，樣品的透射率稍高，從30%變化至60%。而純PDMS/石墨烯復合材料，在400至800nm之間的可見光區域，平均透光率從10%變化至20%。在200至400nm的紫外光區域，樣品的透射率稍高，也從10%變化至40%。這表明經石墨烯復合的PDMS透過率略升高。

從紫外光數據可知可見光范圍在400至800nm之間，純PDMS/石墨烯復合材料平均透光率從10%變化至20%。與可見光范圍的透射率相比，紫外線區域200至400nm之間，樣品的透射率無明顯變化，也是從10%變化至20%。而10min低溫等離子處理PDMS/石墨烯復合材料，在400至800nm之間的可見光區域，平均透光率從10%變化至20%。在200至400nm的紫外光區域，樣品的透射率稍高，從0%變化至60%。這表明經過低溫等離子處理的PDMS復合石墨烯透過率優于未經處理的純PDMS。

3.結論

本次研究表明低溫等離子處理能夠一定程度提高PDMS親水性、PDMS/石墨烯復合材料相對純PDMS透明性有小幅度改善，但經改性處理后的PDMS/石墨烯復合材料透明性較大程度被提高。

參考文獻

[1] ?許士才.石墨烯的制備表征及光電性質應用研究[D]. 山東：北京大山東師范大學，2014：1-7.

[2] ?滕啟躍.石墨烯產業化，初見眉目[J].中國纖檢，2015，（21）：30-31.

作者簡介：宮蕾（1985-），女，講師，博士，研究方向：聚合物復合材料高性能化、功能化、環境友好化。