【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于合成化學和納米復合材料制備領域，涉及一種利用機械鍵增強增韌的石墨烯薄膜材料的制備方法，具體地，涉及一種利用機械互鎖分子制備增強增韌石墨烯薄膜材料的方法。
技術介紹
1、石墨烯因其優異的機械強度和導電性在超級電容器、柔性電子器件、電磁干擾屏蔽材料以及航空航天等眾多領域均具有巨大的應用前景。然而，一旦形成宏觀的薄膜，由于片層間較弱的相互作用(主要是氫鍵)往往導致優異的性能失去優勢，限制了石墨烯材料的進一步應用開發，因此，如何獲得高性能的石墨烯薄膜材料面臨極大的挑戰。石墨烯材料表面通常含有豐富的含氧官能團，這有助于在片層間形成共價鍵/非共價鍵，以此調節片層之間的相互作用。目前研究較多的是通過引入共價鍵/非共價鍵增強石墨烯薄膜材料的強度，但伸長率卻鮮有提升。
2、機械鍵是一種空間上的網絡纏結，主要存在于機械互鎖分子中，后者是一類基于主客體識別作用形成的具有特殊拓撲結構的分子。與傳統的共價鍵/非共價鍵相比，機械鍵可以實現可控的分子內運動。與此同時，機械鍵也兼具動態性和穩定性，在力的作用下能夠發生分子內運動而進行能量耗散，但其結構仍然保持穩定。然而，利用機械鍵增強增韌石墨烯薄膜材料的研究鮮有報道。
技術實現思路
1、針對現有技術中的缺陷，本專利技術的目的是提供一種利用機械鍵增強增韌的二維薄膜材料及其制備方法和應用。利用機械鍵橋接石墨烯材料片層制備的石墨烯薄膜材料，具有優異力學性能、可拉伸性、導電性及多功能性，制備方法簡單、具有普適性。
2、本專利技術的目的
3、本專利技術的第二方面。提供一種利用機械鍵增強增韌的石墨烯薄膜材料的制備方法，所述方法包括以下步驟：
4、s1、合成一種雙官能度的機械互鎖分子；其中，所述雙官能度的機械互鎖分子中包含兩個官能團；
5、s2、將步驟s1得到的機械互鎖分子溶于有機溶劑中，浸泡氧化石墨烯薄膜；機械互鎖分子的官能團與氧化石墨烯表面含氧官能團之間主要形成共價鍵的反應；
6、s3、將步驟s2得到的氧化石墨烯薄膜材料進行洗滌和烘干處理；
7、s4、用氫碘酸浸泡步驟s3得到的氧化石墨烯薄膜，經過洗滌和烘干處理，得到機械鍵增強增韌的石墨烯薄膜材料。
8、作為本專利技術的一個實施方案，步驟s1中，所述機械互鎖分子為輪烷、索烴、雛菊鏈中的至少一種。
9、作為本專利技術的一個實施方案，步驟s1中，所述兩個官能團相同或不同；所述官能團選自羥基、羧基、環氧基團中的一種。
10、作為本專利技術的一個實施方案，步驟s2中，氫鍵也可能產生，但由于其強度遠小于共價鍵，可不予考慮。
11、作為本專利技術的一個實施方案，步驟s2中，所述共價鍵的反應包括酯化反應和/或環氧開環反應。如羥基與羧基之間的酯化反應；環氧基團與羧基之間的環氧開環反應。環氧基團與羧基之間的環氧開環反應在高溫如80-90℃即可發生。
12、作為本專利技術的一個實施方案，機械互鎖分子所攜帶官能團為羥基時，所述共價鍵的反應為酯化反應，步驟s2的有機溶劑中加入有助于機械互鎖分子和氧化石墨烯結合的試劑。所述試劑包括催化劑、偶聯劑中至少一種。
13、作為本專利技術的一個實施方案，所述偶聯劑選擇二環己基碳二亞胺、n,n'-二異丙基碳二亞胺、1-(3-二甲基氨丙基)-3-乙基碳酰亞胺的一種。有機溶劑中加入的催化劑的用量范圍為所加機械互鎖分子摩爾當量的2-4倍。在一些實施例中，加入的催化劑的用量范圍為所加機械互鎖分子摩爾當量的2.4倍。
14、作為本專利技術的一個實施方案，所述催化劑選擇4-二甲氨基吡啶、1,8-二氮雜二環[5.4.0]十一碳-7-烯、1,5,7-三氮雜二環[4.4.0]癸-5-烯中的一種。有機溶劑中加入的催化劑的用量為所加機械互鎖分子摩爾當量的0.1-0.5倍。在一些實施例中，加入的催化劑的用量為所加機械互鎖分子摩爾當量的0.2倍。
15、作為本專利技術的一個實施方案，所述酯化反應在20-40℃下進行，時間為1-6小時。在一些實施例中，所述酯化反應在室溫下進行，時間為3小時。
16、作為本專利技術的一個實施方案，所述共價鍵的反應為環氧開環反應時，則不需要催化劑和偶聯劑的參與。如，機械互鎖分子所攜帶官能團為環氧基的情況。環氧開環反應的反應溫度為80-100℃，時間為8-24小時。在一些實施例中，環氧開環反應的反應溫度為80℃，時間為12小時。
17、作為本專利技術的一個實施方案，步驟s2中，所述氧化石墨烯薄膜表面具有含氧官能團。所述含氧官能團包括羥基、羧基、環氧基團中一種或多種。
18、作為本專利技術的一個實施方案，步驟s2中，所述氧化石墨烯薄膜是通過真空抽濾氧化石墨烯水溶液制備的自支撐膜。
19、作為本專利技術的一個實施方案，步驟s2中，有機溶劑選自四氫呋喃、n,n-二甲基甲酰胺、n,n-二甲基乙酰胺、二氯甲烷、三氯甲烷、二甲基亞砜中至少一種。
20、作為本專利技術的一個實施方案，步驟s2中，機械互鎖分子溶于有機溶劑形成的混合溶液中，機械互鎖分子的含量范圍為3-10mg/ml。
21、作為本專利技術的一個實施方案，步驟s2中，氧化石墨烯薄膜的厚度控制在3-10μm。
22、作為本專利技術的一個實施方案，步驟s2中，浸泡過程在20-40℃下進行，浸泡時間為2-12小時。酯化反應在催化劑的參與下，非常高效，在室溫下即可發生，并在幾小時內反應完全。在一些實施例中，浸泡過程在室溫下進行，浸泡時間為3小時。
23、作為本專利技術的一個實施方案，步驟s3中，所用的洗滌劑為乙醇，烘干處理的條件為40-60℃下真空干燥2-12小時。
24、作為本專利技術的一個實施方案，步驟s4中，浸泡過程在20-40℃下進行，浸泡時間為2-6小時。該浸泡過程是氫碘酸對氧化石墨烯的還原，除去氧化石墨烯表面的未反應的含氧官能團，使其變為石墨烯。在一些實施例中，浸泡過程在室溫下進行，浸泡時間為3小時。
25、作為本專利技術的一個實施方案，步驟s4中，所用的洗滌劑為乙醇，烘干處理的條件為40-60℃下真空干燥2-12小時。
26、本專利技術的第二方面。提供一種利用機械鍵增強增韌的石墨烯薄膜材料，采用上述所述的制備方法制備得到。
27、本專利技術的第三方面。提供一種利用機械鍵增強增韌的石墨烯薄膜材料的應用，所述應用為，將利用機械鍵增強增韌的石墨烯薄膜材料應用于柔性電子器件；包括柔性電極。
28、與現有技術相比，本專利技術具有如下的有益效果：
29、1、本專利技術方法通過機械鍵橋接石墨烯薄膜材料，利用機械鍵的分子內運動實現石墨烯薄膜材料增強增韌，在提高強度和韌性的基礎上，伸長率也得到了顯著提升。
30、2、本專利技術方法通過機械鍵橋接石墨烯薄膜材料，具有優異的柔性和可拉伸性，在保持較長拉伸率的同時，依然能夠導電，這對石墨烯薄膜材料的應用開發具有重大意義。
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1.一種利用機械鍵增強增韌的石墨烯薄膜材料的制備方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟：
2.根據權利要求1所述的利用機械鍵增強增韌的石墨烯薄膜材料的制備方法，其特征在于，步驟S1中，所述機械互鎖分子為輪烷、索烴、雛菊鏈中的至少一種。
3.根據權利要求1所述的利用機械鍵增強增韌的石墨烯薄膜材料的制備方法，其特征在于，步驟S1中，所述兩個官能團相同或不同；所述官能團選自羥基、羧基、環氧基團中的一種。
4.根據權利要求1所述的利用機械鍵增強增韌的石墨烯薄膜材料的制備方法，其特征在于，所述共價鍵的反應包括酯化反應和/或環氧開環反應。
5.根據權利要求1所述的利用機械鍵增強增韌的石墨烯薄膜材料的制備方法，其特征在于，機械互鎖分子所攜帶官能團為羥基時，所述共價鍵的反應為酯化反應，步驟S2的有機溶劑中加入有助于機械互鎖分子和氧化石墨烯結合的試劑。
6.根據權利要求5所述的利用機械鍵增強增韌的石墨烯薄膜材料的制備方法，其特征在于，所述試劑包括催化劑、偶聯劑中至少一種；所述偶聯劑選擇二環己基碳二亞胺、N,N'-二異丙基碳二亞胺、1-(3
7.根據權利要求1所述的利用機械鍵增強增韌的石墨烯薄膜材料的制備方法，其特征在于，步驟S2中，所述氧化石墨烯薄膜表面具有含氧官能團；所述含氧官能團包括羥基、羧基、環氧基團中一種或多種。
8.根據權利要求1所述的利用機械鍵增強增韌的石墨烯薄膜材料的制備方法，其特征在于，步驟S2中，有機溶劑選自四氫呋喃、N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、二氯甲烷、三氯甲烷、二甲基亞砜中至少一種。
9.一種如權利要求1-8中任一項所述方法制得的機械鍵增強增韌的石墨烯薄膜材料。
10.一種如權利要求1-8中任一項所述方法制得的機械鍵增強增韌的石墨烯薄膜材料在制備柔性電子器件中的用途。
...【技術特征摘要】
1.一種利用機械鍵增強增韌的石墨烯薄膜材料的制備方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟：
2.根據權利要求1所述的利用機械鍵增強增韌的石墨烯薄膜材料的制備方法，其特征在于，步驟s1中，所述機械互鎖分子為輪烷、索烴、雛菊鏈中的至少一種。
3.根據權利要求1所述的利用機械鍵增強增韌的石墨烯薄膜材料的制備方法，其特征在于，步驟s1中，所述兩個官能團相同或不同；所述官能團選自羥基、羧基、環氧基團中的一種。
4.根據權利要求1所述的利用機械鍵增強增韌的石墨烯薄膜材料的制備方法，其特征在于，所述共價鍵的反應包括酯化反應和/或環氧開環反應。
5.根據權利要求1所述的利用機械鍵增強增韌的石墨烯薄膜材料的制備方法，其特征在于，機械互鎖分子所攜帶官能團為羥基時，所述共價鍵的反應為酯化反應，步驟s2的有機溶劑中加入有助于機械互鎖分子和氧化石墨烯結合的試劑。
6.根據權利要求5所述的利用機械鍵增強增韌的石墨烯薄膜材料的制備方法，其特征在于，所述試劑包括...
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