[發明專利]石墨烯透明導電薄膜及其制備方法

有效

• 申請號: 201210235187.4
• 申請日: 2012-07-09
• 公開（公告）號: CN102750998A
• 公開（公告）日: 2012-10-24
• 發明（設計）人: 梁奇;梅佳;陳冠雄;呂雪;孔東亮
• 申請（專利權）人: 深圳市貝特瑞納米科技有限公司
• 主分類號: H01B1/04
• 分類號: H01B1/04;H01B5/00;H01B13/00
• 代理公司: 深圳市中知專利商標代理有限公司 44101
• 代理人: 孫皓;林虹

1.一種石墨烯透明導電薄膜，其特征在于：所述石墨烯透明導電薄膜為1~50nm的石墨烯薄膜，電導率為300~800S/cm，對波長在200~1100nm的光的透光率為70~85%。

2.一種石墨烯透明導電薄膜的制備方法，包括以下步驟：一、氧化石墨,按石墨粉、無水硝酸鈉、強氧化劑的質量比1：0.5：3-6，將石墨粉和無水硝酸鈉加入到冰浴溫度為≤0℃的強酸性溶液中，強酸性溶液的量按1g石墨粉加入20~50ml，在30~600rpm的攪拌速度下攪拌30~60分鐘后加入強氧化劑，繼續攪拌2h，控制反應溫度不超過10℃，得到懸浮液，加入去離子水，將反應物溫度提高到96±1℃，反應1h，再加入30%的H₂O₂，過濾沉淀物，用去離子水洗滌直至濾液中無酸根，然后按現有技術真空脫水得到含水量低于30%的氧化石墨濾餅；所述強氧化劑是高氯酸鉀和/或高錳酸鉀；二、制備氧化石墨烯水混合液,在純水中加入氧化石墨濾餅，頻率1-20KHz，功率400-3000w，室溫下超聲振蕩10-30min，離心處理，轉速為500-6000rpm，時間為1-30min，去除5層以上的氧化石墨烯片層，得到氧化石墨烯水混合液，含量為0.01~1mg/mL；三、制備氧化石墨烯薄膜,將氧化石墨烯混合液采用噴涂，旋涂，浸涂，滴涂方法在基片上得到厚度為1-50nm的氧化石墨烯薄膜；四、采用高溫還原或者化學還原的方法得到厚度為1~50nm的石墨烯透明導電薄膜。

3.根據權利要求2所述的石墨烯透明導電薄膜的制備方法，其特征在于：所述得到懸浮液后升溫至30-40℃之間攪拌反應3h，然后加入去離子水。

4.根據權利要求2所述的石墨烯透明導電薄膜的制備方法，其特征在于：所述石墨粉為天然鱗片石墨，天然改性石墨，人造石墨，膨脹石墨中的一種以上，其含碳量為≥90%，粒徑D50<10μm。

5.根據權利要求2所述的石墨烯透明導電薄膜的制備方法，其特征在于：所述強酸性溶液是濃硫酸、濃硝酸或高氯酸，濃硫酸重量濃度不低于70%，濃硝酸濃度不低于65%，高氯酸濃度不低于60%。

6.根據權利要求2所述的石墨烯透明導電薄膜的制備方法，其特征在于：所述離心處理分三次進行，第一次去除尚未完全剝離的氧化石墨濾餅，第二次將上層清液進行離心分離，第三次將離心后的沉淀物用蒸餾水稀釋后再進行離心分離。

7.根據權利要求2所述的石墨烯透明導電薄膜的制備方法，其特征在于：所述噴涂是將基片預熱到50~80℃，用噴槍將氧化石墨烯混合液噴涂到基片上，水份自然揮發后得到氧化石墨烯薄膜；所述旋涂是讓基片以2000-5000rpm轉速旋轉，時間5min，將氧化石墨烯混合液滴到基片上，使氧化石墨烯混合液均勻鋪攤在基片表面，直接在50~80℃干燥10min-2h，然后自然冷卻至室溫，干燥后得到氧化石墨烯薄膜；所述浸涂是將基片浸入氧化石墨烯混合液中5~60min，直接在50~80℃干燥5~60min，然后自然冷卻至室溫；所述滴涂是將氧化石墨烯混合液液滴直接滴在基片上，待氧化石墨烯混合液完全鋪攤開后，直接在50-80℃干燥5-60min，然后自然冷卻至室溫。

8.根據權利要求2所述的石墨烯透明導電薄膜的制備方法，其特征在于：所述高溫還原，真空環境，或在氮氣、氬氣、氦氣、氫氣和乙炔氣體中的一種以上氣氛中，在容量為5~10L的反應爐中，流量為50~200sccm，以1-30℃/min的升溫速度，升溫至200~1100℃，0＜時間≤7h，然后爐內自然冷卻至室溫；化學還原，溫度為70~90℃，將氧化石墨烯薄膜置于還原劑蒸汽中，在容積為10~30L的反應容器內，蒸汽流量為20~200sccm，時間不少于1h，還原劑為水合肼、碘化氫、濃氨水、二甲肼、連二亞硫酸鈉、硼氫化鈉和硼氫化鉀中的一種以上。

9.根據權利要求8所述的石墨烯透明導電薄膜的制備方法，其特征在于：所述氮氣、氬氣、氦氣，溫度升至700~1100℃；所述氫氣、乙炔，溫度升至200~700℃。

10.一種石墨烯透明導電薄膜的制備方法，包括以下步驟：一、氧化石墨,按石墨粉、無水硝酸鈉、強氧化劑的質量比1：0.5：3-6，將石墨粉和無水硝酸鈉加入到冰浴溫度為≤0℃的強酸性溶液中，強酸性溶液的量按1g石墨粉加入20~50ml，在30~600rpm的攪拌速度下攪拌30~60分鐘后加入強氧化劑，繼續攪拌2h，控制反應溫度不超過10℃，得到懸浮液，升溫至30-40℃之間攪拌反應3h，加入去離子水，將反應物溫度提高到96±1℃，反應1h，再加入30%的H₂O₂，過濾沉淀物，用去離子水充分洗滌直至濾液中無酸根，然后按現有技術真空脫水得到含水量低于30%的氧化石墨濾餅；所述石墨粉為天然鱗片石墨，天然改性石墨，人造石墨，膨脹石墨中的一種以上，其含碳量為≥90%，粒徑D50<10μm；所述強酸性溶液是濃硫酸、濃硝酸或高氯酸，濃硫酸重量濃度不低于70%，濃硝酸濃度不低于65%，高氯酸濃度不低于60%；所述強氧化劑是高氯酸鉀和/或高錳酸鉀；二、氧化石墨還原，采取高溫固相還原或液相化學還原的方法，得到石墨烯；所述高溫還原,將氧化石墨濾餅，直接在50~80℃下烘烤2~10h，粉碎至D₅₀為1~20um，在真空環境，或氮氣、氬氣、氦氣、氫氣、乙炔氣體中的一種以上氣氛中，在容積為5~10L反應爐中，氣體流量為20~200sccm，直接在900~1100℃中高溫還原10s~10min，然后爐內自然冷卻至室溫，得到石墨烯；所述液相還原，按氧化石墨濾餅、80%濃度水合肼質量比0.7：1，將氧化石墨濾餅和水合肼混合直接在70~90℃，轉速30~100rpm，反應還原2~10h，得到石墨烯溶液，然后過濾得到石墨烯，用純水洗滌過濾物3~6次，最后得到石墨烯漿液，按現有技術干燥得到石墨烯；三、石墨烯薄膜的制備，按石墨烯、有機溶劑配制成0.05~1mg/ml的石墨烯混合液，將石墨烯混合液采用噴涂，旋涂，浸涂，滴涂方法得到厚度為1~50nm的石墨烯透明導電薄膜；所述有機溶劑是甲醇、乙醇、丙醇、丙酮、丁酮。