[發明專利]基于三維網絡形貌的石墨烯-碳納米管復合薄膜的制備方法

無效

• 申請號: 201110261623.0
• 申請日: 2011-09-06
• 公開（公告）號: CN102417176A
• 公開（公告）日: 2012-04-18
• 發明（設計）人: 封偉;彭羅文;馮奕鈺
• 申請（專利權）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

技術領域

本發明涉及一種基于三維網絡形貌的石墨烯-碳納米管復合薄膜的制備方法，屬于納米新材料領域。

背景技術

碳納米管是由單層或多層石墨平面卷曲而成的無縫中空的納米級管狀結構，根據管壁層數的不同，碳納米管可分為單壁碳納米管，多壁碳納米管。碳納米管在機械方面具有非常高的機械強度和彈性，在電子學方面具有優良的導體或半導體特性；在光學方面具有優異的非線性光學性質。但是由于在制備過程中產生的無定型碳及催化劑雜質難以除去、手性控制問題以及均勻分散等問題(Vito?Sgobba?and?Dirk?M.?Guldi,?Carbon?nanotubes—electronic/electrochemical?properties?and?application?for?nanoelectronics?and?photonics.?Chem.?Soc.?Rev.,?2009,?38,?165–184)?以及所得的碳納米管導電膜中無規糾纏的各碳納米管之間存在的空隙限制了其在很多領域的研究應用。

石墨烯是由單層sp²雜化碳原子構成的蜂窩狀二維平面晶體薄膜，厚度只有0.335?nm，是構建其他維數炭質材料（零維富勒烯、一維納米碳管、三維石墨）的基本單元，具有優異的電學、熱學和力學性能，可望在高性能納電子器件、復合材料、場發射材料、氣體傳感器及能量存儲等領域獲得廣泛應用。目前石墨烯的制備方法主要有機械剝離法(Novoselov?KS,?Geim?AK,?Morozov?SV,?et?al.?Electric?field?effect?in?atomically?thin?carbon?films.?Science,?2004,?306,666-669)，化學氣相沉積法(Kim?KS,?Zhao?Y,?Jang?H,?et?al.?Large-scale?pattern?growth?of?graphene?films?for?stretchable?transparent?electrodes.?Nature,?2009,?457,?706-710)及化學氧化還原法(Stankovich?S,?Dikin?DA,?Piner?RD,?et?al.?Synthesis?of?grapheme-based?nanosheets?via?chemical?reduction?of?exfoliated?graphite?oxide.?Carbon,?2007,?45,?1558-1565.)等。在這些方法中，化學氧化還原法因為可以實現石墨烯的低成本大批量制備而備受青睞。

隨著研究的深入，人們發現碳納米管和石墨烯在結構和性能上有很多相似而又互補的地方，一維碳納米管和二維的石墨烯能作為構建三維碳質材料的基本單元，不同電子結構（金屬態或半導體態）的碳納米管與不同層數的石墨烯通過原位復合與功能化方法相結合而搭建網絡連接體系，大的共軛結構使得它們能夠通過π-π相互作用(Chao?Zhang,?Lulu?Ren,?Xiaoyan?Wang,?et?al.?Graphene?Oxide-Assisted?Dispersion?of?Pristine?Multiwalled?Carbon?Nanotubes?in?Aqueous?Media.?J.?Phys.?Chem.?C?2010,?114,?11435–11440)?進行復合而改善器件的光電性能，由于其獨特的三維微觀結構和電學性質，石墨烯-碳納米管復合薄膜的研究具有重大的理論意義和潛在的應用價值。