[發(fā)明專利]二維石墨烯與一維納米線復(fù)合的柔性導(dǎo)電薄膜及其制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210017879.1
• 申請(qǐng)日: 2012-01-19
• 公開（公告）號(hào): CN103219066A
• 公開（公告）日: 2013-07-24
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 黃富強(qiáng);畢輝;林天全
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院上海硅酸鹽研究所
• 主分類號(hào): H01B5/00
• 分類號(hào): H01B5/00;H01B5/14;H01B1/04;H01B13/00
• 代理公司: 上海專利商標(biāo)事務(wù)所有限公司 31100
• 代理人: 郭輝

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種二維石墨烯與一維納米線復(fù)合的柔性導(dǎo)電薄膜及其制備方法。所述柔性導(dǎo)電薄膜主要用于太陽(yáng)電池、儲(chǔ)能、散熱、催化、傳感及導(dǎo)電復(fù)合材料領(lǐng)域，屬于納米材料領(lǐng)域。

背景技術(shù)

石墨烯是由碳六元環(huán)組成的兩維(2D)周期蜂窩狀點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)，其獨(dú)特的晶體結(jié)構(gòu)使其具有優(yōu)異性質(zhì)，如高熱導(dǎo)性、高機(jī)械強(qiáng)度、奇特的電學(xué)性質(zhì)和光學(xué)性質(zhì)，在太陽(yáng)器件、儲(chǔ)能、催化、傳感及導(dǎo)電復(fù)合材料領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。[具體可見文獻(xiàn)：K.S.Novoselov等人《科學(xué)(Science)》，2004，306：666.C.Lee等人《科學(xué)(Science)》，2008，321：385.K.S.Kim等人《自然(Nature)》，2009，457：706.X.S.Li等人《科學(xué)(Science)》，2009，324：1312.S.Bae等人《自然納米技術(shù)(Nature?Nanotechnology)》，2010，5：574.X.Wang等人《納米快報(bào)(Nano?Letters)》，2008，8：323.L.G.D.Arco等人《ACS納米技術(shù)(ACS?Nano)》，2010，4：2865.]。目前，研究人員已開發(fā)出化學(xué)剝離法、液相剝離法、電孤放電法和化學(xué)氣相沉積法、溶劑熱法制備石墨烯材料。然而，獲得的石墨烯尺寸較小(50nm-500nm)，結(jié)構(gòu)中通常存在大量晶界和缺陷，特別是石墨烯組裝過程中石墨烯間接觸電阻，嚴(yán)重影響石墨烯薄膜的電學(xué)性質(zhì)。為克服上述問題以達(dá)到石墨烯基器件應(yīng)用的要求，需設(shè)計(jì)一種高導(dǎo)電功能化的石墨烯基柔性薄膜。

發(fā)明內(nèi)容

為了改善石墨烯薄膜導(dǎo)電性能，本發(fā)明提出一種二維石墨烯與一維納米線復(fù)合的柔性導(dǎo)電薄膜及其制備方法。一方面，本發(fā)明提供一種二維石墨烯與一維納米線復(fù)合的柔性導(dǎo)電薄膜，所述柔性導(dǎo)電薄膜是以石墨烯和納米線為原料，通過分散-過濾的方法獲得石墨烯/納米線復(fù)合薄膜，其中，薄膜厚度為10nm-1000μm，方塊電阻在0.001-3000歐姆/平方范圍內(nèi)，電導(dǎo)率為0.01-5000S/cm。

在本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方式中，所述二維石墨烯為單層石墨烯、多層石墨烯或它們的混合；優(yōu)選地，所述石墨烯厚度分布在0.34-40nm范圍內(nèi)，平均直徑在10nm-100μm之間。

在本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方式中，所述一維納米線包括導(dǎo)體納米線、半導(dǎo)體納米線和絕緣體納米線；優(yōu)選地，納米線直徑為10nm-800nm，納米線長(zhǎng)度為10-1000μm。

在本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方式中，所述導(dǎo)體納米線包括銅、銀、鈷、金、鎳、鋅、鐵、鉑、釕、鉬、鈮、銥、鈀、鈦、鎬、鎢、釩、鉍、碳(例如，碳納米管和碳納米纖維)以及它們的合金；所述半導(dǎo)體納米線包括鉬酸鉀、鉬酸鈉、氧化鈦、氧化鋅、氧化鉭、氧化鉬、硅、磷化銦、氮化鎵、氧化亞銅、氧化銅、碳化硅、氮化鋁、砷化鎵、砷華銦、礬酸鋰、鈦酸鉛、硒、鈷酸鎳、硫化鋅、氧化鉍、氧化鈷、氧化錳、氧化鎵、硫化銀、硫化鎘、硫化銅、硫化亞銅、氧化銦、硫化銦、氧化錫、碲化銻、碲化鎘、硫化錳、氧化鎢、碲化鉍、氧化釩、氧化鐵、硒化鎘、氧化鍺、氮化銦、硒化銅和硒化亞銅；所述絕緣體納米線包括氮化硼、氮化硅、氧化鋯、氧化鋁和氮化碳。

另一方面，本發(fā)明提供一種二維石墨烯與一維納米線復(fù)合的柔性導(dǎo)電薄膜的制備方法，所述方法包括：

(1)將石墨烯和納米線分散到水溶液或有機(jī)溶劑中，獲得石墨烯/納米線懸浮液；

(2)在所述懸浮液中加入分散助劑，經(jīng)超聲分散后，獲得穩(wěn)定的石墨烯/納米線混合分散液；

(3)將上述混合分散液通過濾膜或?yàn)V紙進(jìn)行抽濾，真空干燥，直接獲得柔性石墨烯/納米線/濾膜或?yàn)V紙復(fù)合材料；

(4)采用溶劑溶解法和/或冷壓的方法去除濾膜或?yàn)V紙，獲得無(wú)支撐的石墨烯/納米線復(fù)合薄膜；

(5)任選地，將所述無(wú)支撐的石墨烯/納米線復(fù)合薄膜轉(zhuǎn)移到絕緣襯底、導(dǎo)電襯底或柔性襯底上；

(6)將石墨烯/納米線復(fù)合薄膜放入氣氛爐中退火，去除有機(jī)溶劑和分散助劑。

優(yōu)選地，在步驟(1)中，所述石墨烯是一種或多種采用化學(xué)剝離法、液相剝離法、電孤放電法、化學(xué)氣相沉積法和溶劑熱法制得的石墨烯。

優(yōu)選地，在步驟(1)中，所述石墨烯的水溶液或有機(jī)溶液的濃度為0.01-10mg/ml。

優(yōu)選地，在步驟(1)中，所述納米線是一種或多種通過溶劑熱法、化學(xué)氣相沉積法、熱注入法、電沉積法、化學(xué)浴沉積法制得的納米線。

優(yōu)選地，在步驟(1)中，所述納米線的水溶液或有機(jī)溶液的濃度為0.01-10mg/ml。