[發(fā)明專利]基于三維網(wǎng)絡形貌的石墨烯-碳納米管復合薄膜的制備方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201110261623.0
• 申請日: 2011-09-06
• 公開（公告）號: CN102417176A
• 公開（公告）日: 2012-04-18
• 發(fā)明（設計）人: 封偉;彭羅文;馮奕鈺
• 申請（專利權(quán)）人: 天津大學
• 主分類號: C01B31/02
• 分類號: C01B31/02;C01B31/04;B82Y40/00
• 代理公司: 天津市杰盈專利代理有限公司 12207
• 代理人: 王小靜

1.一種基于三維網(wǎng)絡形貌的石墨烯-碳納米管復合薄膜的制備方法，其特征在于包括以下過程：

（1）以玻璃、鉭片、硅片、不銹鋼片或聚對苯二甲酸乙二醇酯為基底，用去離子水和乙醇交替對基底超聲洗滌后在真空干燥備用；

（2）碳納米管溶液的制備

將碳納米管加入到質(zhì)量濃度為98%的硫酸與質(zhì)量濃度為65%的硝酸的體積比為3:1的混酸中，得到濃度為0.1~0.3g/mL的溶液，在溫度90~100℃下加熱回流1~2?h，抽濾，再用去離子水反復洗滌濾餅，直至洗液呈中性，在溫度60~80?℃下真空干燥，得到含有羧基、磺酸基和羥基的改性的碳納米管，然后將改性后的碳納米管分散在去離子水中超聲分散制得濃度為0.05~0.2mg/mL的碳納米管溶液，記為A溶液；

（3）將氧化石墨烯超聲分散在去離子水中配制成濃度為0.5~2?mg/mL的氧化石墨烯溶液，記為B溶液；

（4）將步驟（2）制得的A溶液和步驟（3）制得的B溶液按照溶液中的氧化石墨烯與碳納米管的質(zhì)量比為1~10:1混合均勻，在冰浴條件下超聲10~30分鐘，制得混合溶液，根據(jù)所需的薄膜的透過率高低要求，將混合溶液通過噴涂法噴涂在步驟（1）所洗滌的基底上形成石墨烯-碳納米管復合薄膜；

（5）石墨烯-碳納米管復合薄膜的后處理

①對步驟（4）制的負載在玻璃、鉭片、硅片或不銹鋼片上的石墨烯-碳納米管復合薄膜，置入真空管式爐中，在溫度400~550℃及氫氣與氬氣按體積比為1:4~9混合氣體、總的氣體流速為200~300cm³/min的混合氣體氛圍中退火1~2小時，然后在質(zhì)量濃度為65%硝酸中浸泡0.5~12小時，再室溫自然干燥，得到具有三維網(wǎng)絡形貌的石墨烯-碳納米管復合薄膜；

②或?qū)Σ襟E（4）制的負載在聚對苯二甲酸乙二醇酯上的石墨烯-碳納米管復合薄膜，放在去離子水中浸泡10~20分鐘，再在溫度為60~80℃的烘箱中干燥20~30分鐘，然后在質(zhì)量濃度為65%的硝酸溶液中浸泡0.5~12小時，室溫自然干燥，得到具有三維網(wǎng)絡形貌的石墨烯-碳納米管復合薄膜。

2.一種基于三維網(wǎng)絡形貌的石墨烯-碳納米管復合薄膜的制備方法，其特征在于包括以下過程：

（1）以玻璃、鉭片、硅片、不銹鋼片或聚對苯二甲酸乙二醇酯為基底，用去離子水和乙醇交替對基底超聲洗滌后在真空干燥備用；

（2）碳納米管溶液的制備

將碳納米管在溫度400~550℃的真空管式爐中通以空氣與氮氣的體積比為1:4~6、總的氣體流速為200~300cm³/min的混合氣體氛圍中處理1~2個小時，再在溫度90~100℃的質(zhì)量濃度為37%的鹽酸溶液中冷凝回流1~2小時后抽濾，用去離子水反復洗滌濾餅至洗滌液呈中性，在溫度60~80?℃下真空干燥得到純凈的碳納米管，然后將純凈的碳納米管和表面活性劑十二烷基硫酸鈉、十二烷基苯磺酸鈉或十六烷基三甲基溴化銨加入到去離子水中，超聲分散，配成碳納米管的濃度為0.05~0.2mg/mL和表面活性劑質(zhì)量濃度為0.05~1%的溶液，記為A溶液；

（3）將氧化石墨烯超聲分散在去離子水中配制成濃度為0.5~2?mg/mL的氧化石墨烯，記為B溶液；

（4）液相成膜過程

①將步驟（2）制得的A溶液和步驟（3）制得的B溶液按照溶液中的氧化石墨烯與碳納米管的質(zhì)量比為1~10:1混合均勻，在冰浴條件下超聲10~30分鐘，制得混合溶液，根據(jù)所需的薄膜的透過率高低要求，將混合溶液通過噴涂法噴涂在步驟（1）所洗滌的基底上形成石墨烯-碳納米管復合薄膜；

②或?qū)⒉襟E（2）制得的A溶液和步驟（3）制得的B溶液按照溶液中的氧化石墨烯與碳納米管的質(zhì)量比為1~10:1混合均勻，在冰浴條件下超聲10~30分鐘，制得混合溶液，將混合溶液用醋酸纖維微孔濾膜抽濾，濾餅用去離子水洗滌，洗滌后的濾餅負載在步驟（1）處理過的基底上，然后在其上面加壓室溫干燥4~12小時，干燥后將基底連同上面覆蓋的微孔濾膜浸泡在丙酮溶液中去除微孔濾膜，則得到在基底上負載的石墨烯-碳納米管復合薄膜；

（5）石墨烯-碳納米管復合薄膜的后處理

①對步驟（4）制的負載在玻璃、鉭片、硅片或不銹鋼片上的石墨烯-碳納米管復合薄膜，置入真空管式爐中，在溫度400~550℃及氫氣與氬氣按體積比為1:4~9、總的氣體流速為200~300cm³/min的混合氣體氛圍中退火1~2小時，然后在質(zhì)量濃度為65%硝酸中浸泡0.5~12小時，再室溫自然干燥，得到具有三維網(wǎng)絡形貌的石墨烯-碳納米管復合薄膜；

②或?qū)Σ襟E（4）制的負載在聚對苯二甲酸乙二醇酯上的石墨烯-碳納米管復合薄膜，放在去離子水中浸泡10~20分鐘，再在溫度為60~80℃的烘箱中干燥20~30分鐘，然后在質(zhì)量濃度為65%的硝酸溶液中浸泡0.5~12小時，室溫自然干燥，得到具有三維網(wǎng)絡形貌的石墨烯-碳納米管復合薄膜。

3.?一種基于三維網(wǎng)絡形貌的石墨烯-碳納米管復合薄膜的制備方法，其特征在于包括以下過程：

（1）以玻璃、鉭片、硅片、不銹鋼片或聚對苯二甲酸乙二醇酯為基底，用去離子水和乙醇交替對基底超聲洗滌后在真空干燥備用；

（2）碳納米管溶液的制備

將碳納米管在溫度400~550℃的真空管式爐中通以空氣與氮氣的體積比為1:4~6、總的氣體流速為200~300cm³/min的混合氣體氛圍中處理1~2個小時，再在溫度90~100℃的質(zhì)量濃度為37%的鹽酸溶液中冷凝回流1~2小時后抽濾，用去離子水反復洗滌濾餅至洗滌液呈中性，在溫度60~80?℃下真空干燥得到純凈的碳納米管，然后將純凈的碳納米管和表面活性劑十二烷基硫酸鈉、十二烷基苯磺酸鈉或十六烷基三甲基溴化銨加入到去離子水中，超聲分散，配成碳納米管的濃度為0.05~0.2mg/mL和表面活性劑質(zhì)量濃度濃度為0.05~1%的溶液，記為A溶液；

（3）將氧化石墨烯超聲分散在去離子水中配制成濃度為0.5~2?mg/mL的氧化石墨烯，記為B溶液；

（4）液相成膜過程

根據(jù)所需的薄膜的透過率高低要求，先在步驟（1）處理過的基底上噴涂B溶液，然后按照氧化石墨烯與碳納米管的質(zhì)量比為1~10:1，再噴涂A溶液，則在基底上形成石墨烯-碳納米管復合薄膜；

（5）石墨烯-碳納米管復合薄膜的后處理

①對步驟（4）制的負載在玻璃、鉭片、硅片或不銹鋼片上的石墨烯-碳納米管復合薄膜，置入真空管式爐中，在溫度400~550℃及氫氣與氬氣按體積比為1:4~9、總的氣體流速為200~300cm³/min的混合氣體氛圍中退火1~2小時，然后在質(zhì)量濃度為65%硝酸中浸泡0.5~12小時，再室溫自然干燥，得到具有三維網(wǎng)絡形貌的石墨烯-碳納米管復合薄膜；

②或?qū)Σ襟E（4）制的負載在聚對苯二甲酸乙二醇酯上的石墨烯-碳納米管復合薄膜，放在去離子水中浸泡10~20分鐘，再在溫度為60~80℃的烘箱中干燥20~30分鐘，然后在質(zhì)量濃度為65%的硝酸溶液中浸泡0.5~12小時，室溫自然干燥，得到具有三維網(wǎng)絡形貌的石墨烯-碳納米管復合薄膜。