多功能扩散屏障的制作方法

文档序号:20118103发布日期:2020-03-17 20:27阅读:来源:国知局

技术特征:

1.一种多功能扩散屏障,包含至少有机聚合物和0.01重量%至99.9重量%的2d石墨烯或2d石墨烯衍生材料,

其中所述2d石墨烯或所述2d石墨烯衍生材料的平均横向尺寸为0.1μm至1mm以及表面积为20m2/g至2600m2/g;以及

其中所述多功能扩散屏障的特征在于其包括所述2d石墨烯或所述2d石墨烯衍生材料的梯度浓度。

2.根据权利要求1所述的多功能扩散屏障,其中所述2d石墨烯或所述2d石墨烯衍生材料的所述梯度浓度在相对于所述多功能扩散屏障的最外表面的平面的垂直方向上取向。

3.根据权利要求1或2所述的多功能扩散屏障,其中所述有机聚合物为环氧树脂或者环氧树脂和硬化剂的双组分环氧树脂。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的多功能扩散屏障,其中所述2d石墨烯或所述2d石墨烯衍生材料选自石石墨烯、石墨烯纳米片晶、石墨烯纳米片、石墨烯纳米带、氧化石墨烯、剥离的石墨烯、还原的氧化石墨烯、多层石墨烯、及其组合。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的多功能扩散屏障,其中所述2d石墨烯或所述2d石墨烯衍生材料利用包含疏水基团的分子化学地官能化或超分子官能化,所述疏水基团选自芳基链、烷基链、氟化或部分氟化的基团、硅衍生物、及其组合。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的多功能扩散屏障,其中所述2d石墨烯或所述2d石墨烯衍生材料呈现出大于50μm的横向尺寸和至少70m2/g的表面积。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的多功能扩散屏障,还包含选自h-bn、mos2、nbse2、ws2、nis2、mose2、wse2、vse2、tis2、及其组合的2d材料。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的多功能扩散屏障,其中主要量的2d石墨烯或石墨烯衍生材料位于所述多功能扩散屏障的最外表面上。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的多功能扩散屏障,其中所述多功能屏障的最外表面是图案化的。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的多功能扩散屏障,其中所述2d石墨烯或所述2d石墨烯衍生材料与所述有机聚合物形成三维网络。

11.根据权利要求1至10中任一项所述的多功能扩散屏障,还包含天然或合成的纺织品或织物、预浸层、碳纤维或玻璃纤维、晶须、片晶、颗粒、或其组合。

12.根据权利要求1至11中任一项所述的多功能扩散屏障,其中所述多功能扩散屏障为包括两个或更多个层的多层结构,其中每个层包含有机聚合物和平均横向尺寸为0.1μm至1mm的2d石墨烯或2d石墨烯衍生材料;以及

其中每个层中的所述2d石墨烯或所述2d石墨烯衍生材料的含量为在0重量%至99.9重量%之间的恒定含量,以及在每个层中所述2d石墨烯或所述2d石墨烯衍生材料的含量相对于前一层增加或减少,使得所述2d石墨烯或所述2d石墨烯衍生材料在相对于最外表面的平面的垂直方向上呈现出阶梯式梯度浓度。

13.根据权利要求12所述的多功能扩散屏障,其中所述层的有机聚合物相同或不同。

14.根据权利要求1所述的多功能扩散屏障,还包含预浸层、纤维纺织品或织物,以及其中所述2d石墨烯或所述2d石墨烯衍生材料的所述梯度浓度在相对于所述预浸层、所述纤维纺织品或所述织物的垂直方向上取向。

15.根据权利要求1所述的多功能扩散屏障,还包含碳纤维或玻璃纤维,以及其中所述2d石墨烯或所述2d石墨烯衍生材料的所述梯度浓度沿着所述碳纤维或所述玻璃纤维径向地取向。

16.根据权利要求1至15中任一项所述的多功能扩散屏障,其中所述屏障的形式选自块状材料、箔、薄膜、预浸料、层合体、涂层、卷、片、层、漆、底漆、增强的塑料或树脂、以及添加剂。

17.一种制备根据权利要求1至11和14至16中任一项所述的多功能扩散屏障的方法,包括:

a)提供平均横向尺寸为0.1μm至1mm且表面积为20m2/g至2600m2/g的2d石墨烯或2d石墨烯衍生材料;

b)将步骤a)的所述2d石墨烯或所述2d石墨烯衍生材料的全部或一部分与有机聚合物合并,以获得2d石墨烯或2d石墨烯衍生材料的含量为0.01重量%至99.9重量%的第一增强有机聚合物;

c)任选地,通过将步骤a)的所述2d石墨烯或2d石墨烯衍生材料的未在步骤b)中使用的部分与有机聚合物合并来制备第二增强有机聚合物,所得第二增强有机聚合物中的所述2d石墨烯或所述2d石墨烯衍生材料的含量与步骤b)的所述第一增强有机聚合物中的所述2d石墨烯或所述2d石墨烯衍生材料的含量不同;

d)对步骤b)的所述第一增强有机聚合物和有机聚合物进行流延,或者任选地,对步骤b)的所述第一增强有机聚合物和步骤c)的所述第二增强有机聚合物进行流延,以获得具有贯穿其厚度的不同浓度的增强有机聚合物堆叠体;

e)通过热处理、电处理或机械处理经由所述2d石墨烯或所述2d石墨烯衍生材料在步骤d)的所述增强有机聚合物堆叠体的所述有机聚合物之间的部分扩散产生梯度浓度;以及

f)使步骤e)的所述增强有机聚合物堆叠体固化以获得多功能扩散屏障。

18.一种制备根据权利要求1至11和14至16中任一项所述的多功能扩散屏障的方法,包括:

a)提供平均横向尺寸为0.1μm至1mm且表面积为20m2/g至2600m2/g的2d石墨烯或2d石墨烯衍生材料;

b)通过将步骤a)的所述2d石墨烯或所述2d石墨烯衍生材料的一部分与有机聚合物合并并对它进行流延,或者提供有机聚合物并对它进行流延,来制备2d石墨烯或2d石墨烯衍生材料的含量为0.01重量%至90重量%的第一增强有机聚合物;

c)在步骤b)的所述第一增强有机聚合物的最外表面上或者在步骤b)的所述有机聚合物的最外表面上沉积含量为0.01%至90%的步骤a)的所述2d石墨烯或所述2d石墨烯衍生材料;

d)通过热处理、电处理或机械处理经由所述2d石墨烯或所述2d石墨烯衍生材料在步骤c)的所述第一增强有机聚合物中或在步骤c)的所述有机聚合物中的部分扩散产生梯度浓度,形成第二增强有机聚合物;以及

e)使步骤d)的所述第二增强有机聚合物固化以获得多功能扩散屏障。

19.一种制备根据权利要求12或13中任一项所述的多功能扩散屏障的方法,包括:

a)提供平均横向尺寸为0.1μm至1mm且表面积为20m2/g至2600m2/g的2d石墨烯或2d石墨烯衍生材料;

b)将步骤a)的所述2d石墨烯或所述2d石墨烯衍生材料的全部或一部分与有机聚合物合并,以获得2d石墨烯或2d石墨烯衍生材料的含量为0.01重量%至99.9重量%的第一增强有机聚合物;

c)任选地,通过将步骤a)中提供的且未在步骤b)中使用的2d石墨烯或2d石墨烯衍生材料的部分与有机聚合物合并来制备一种另外的或更多种增强有机聚合物,所述2d石墨烯或所述2d石墨烯衍生材料的含量低于或高于先前制备的所述增强有机聚合物,使得相对于步骤b)的所述第一增强有机聚合物,所得增强有机聚合物呈现出2d石墨烯或2d石墨烯衍生材料的含量增加或减少;

d)对步骤b)的所述第一增强有机聚合物进行流延和固化;

e)在步骤d)的所述第一增强有机聚合物上流延另一有机聚合物,或任选地,步骤c)的所述增强有机聚合物,以获得具有贯穿其厚度增加或减小的浓度的增强有机聚合物堆叠体;以及

f)使步骤e)的所述增强有机聚合物堆叠体固化以获得具有多层结构的多功能扩散屏障。

20.根据权利要求1至16中任一项所述的多功能扩散屏障在航空领域、机动车领域、海洋领域或建筑领域中作为液体和/或气体屏障、或者作为结构材料、或者作为密封材料、或者作为自清洁材料、或者作为对uv辐射的保护材料的用途。

21.根据权利要求20所述的多功能扩散屏障在飞行器中的用途。

22.一种液体和/或气体屏障,包括根据权利要求1至16中任一项所述的多功能扩散屏障。

23.一种密封材料,包括根据权利要求1至16中任一项所述的多功能扩散屏障。

24.一种结构材料,包括根据权利要求1至16中任一项所述的多功能扩散屏障。

25.一种自清洁材料,包括根据权利要求1至16中任一项所述的多功能扩散屏障。

26.一种飞行器燃料箱、燃料箱导管和/或衬垫,包括根据权利要求1至16中任一项所述的多功能扩散屏障。

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