[發明專利]利用靜電噴霧工藝制備多孔石墨烯薄膜的方法

無效

• 申請號: 201210248028.8
• 申請日: 2012-07-18
• 公開（公告）號: CN102787445A
• 公開（公告）日: 2012-11-21
• 發明（設計）人: 趙軍;陳禮清;張兆春;楊珊珊;鄭厚里
• 申請（專利權）人: 上海大學
• 主分類號: D04H1/4242
• 分類號: D04H1/4242;D04H1/728;D01D5/00;D01D1/02
• 代理公司: 上海上大專利事務所(普通合伙) 31205
• 代理人: 顧勇華

技術領域

本發明涉及利用靜電噴霧工藝并結合熱處理方法在襯底硅片表面制備多孔石墨烯薄膜，屬固體薄膜制備工藝技術領域。

背景技術

石墨烯是一種只有單層原子厚度、具有蜂窩結構的二維碳原子晶體的碳質材料，因為其具有獨特的能帶結構和優異的物理性質（電學、機械、光學和熱導），已經引起了人們廣泛的關注。石墨烯在場效應晶體管、發光二極管、傳感器、催化等領域具有潛在的應用價值。石墨烯薄膜材料也已成為人們關注的熱點，這些薄膜同樣展示了優異的特性，比如顯著的電致發射特性、優良的光電性能、高的電導率和光透射率等等。

目前，人們可以利用一系列的物理和化學方法制備石墨烯薄膜，然而其中大多數方法皆以石墨烯分散液作為原材料。常用的制備方法主要有以下幾種：噴涂沉積法、過濾沉積法、旋轉涂覆法、界面組裝法等。此外，CVD法也常用于制備石墨烯薄膜，但是這種方法存在設備昂貴、原料成本較高、過程復雜以及產率較低等缺點。本發明采用的是利用靜電噴霧工藝結合硅片加熱方法制備石墨烯薄膜。初步研究發現，通過這種方法制備的石墨烯薄膜具有多孔結構且與襯底硅片有良好的附著性，具有較高的比表面積，有望在鋰電池、氣體傳感器、催化等領域得到應用。

發明內容

本發明目的是提供一種以石墨粉、1-甲基-2-吡咯烷酮為原料，利用靜電噴霧結合硅片加熱工藝于襯底硅片表面制備多孔石墨烯薄膜的方法。其制備過程和步驟如下所述：

a.石墨烯分散液配制

（1）?稱取2.5?g石墨粉（99.85%）置于一250ml燒杯中，加入100ml?1-甲基-2-吡咯烷酮（NMP），配制石墨-NMP懸浮液以備用；

（2）將上述懸浮液用多層保鮮膜密封，在室溫下經低功率超聲清洗器不連續超聲處理共計72?h，得到石墨烯分散液；

（3）經過16?h靜置，將分散液離心處理30?min：其轉速為8000?r/min；吸取上層液體于潔凈玻璃瓶中備用；

b.襯底硅片的清洗

（1）將含有表面氧化層的硅片分別在乙酸乙脂和丙酮中浸泡清洗30?min；

（2）將清洗的硅片分別在乙醇、蒸餾水中進行超聲清洗，再利用紅外燈烘烤；

c.石墨烯薄膜制備

（1）移取10?ml石墨烯分散液于20?ml注射器中，將注射器固定在電腦微量注射泵上，選取0.2?ml/h?的推進速率，勻速推動分散液經聚四氟乙烯細管到達紡絲噴嘴；

（2）控制加熱板和襯底硅片溫度為200?°C，調節高壓電源電壓為8.6?kV，通過電紡噴嘴噴霧；噴至硅片的液膜經過約10?h的干燥處理使溶劑揮發，即可獲得多孔石墨烯薄膜；通過控制電噴霧時間，可以制備具有不同厚度的薄膜樣品。

????利用上述工藝制備的石墨烯薄膜具有以下形貌和拓撲特征，以及電磁學特征：

（1）石墨烯薄膜呈多孔狀，石墨烯無序堆積在硅片上，且與襯底硅片附著性良好。

（2）石墨烯尺寸約在200?~?600?nm之間，經過電噴霧70?h時，薄膜平均厚度約為40?μm。

（3）使用綜合物性測量系統(PPMS?-T)的四探針技術測量薄膜磁阻。長條形?(10?mm×5?mm，電極為Pt絲電極)石墨烯薄膜樣品，其磁阻在磁場強度為80kOe（奧斯特）、溫度為6?K?和50?K?時分別為-2.9%和-0.8%。

附圖說明

圖1?主要工藝流程圖；

圖2?石墨烯-NMP分散液透射電子顯微鏡（TEM）照片；

圖3?多孔石墨烯薄膜表面掃描電子顯微鏡（SEM）照片；

圖4?多孔石墨烯薄膜斷面掃描電子顯微鏡（SEM）照片；

圖5?多孔石墨烯薄膜X射線光電子能譜（XPS）圖；

圖6?多孔石墨烯薄膜紅外吸收光譜；

圖7?多孔石墨烯薄膜和原始石墨粉拉曼光譜；

圖8?多孔石墨烯薄膜紫外-可見漫反射光譜；

圖9?多孔石墨烯薄膜磁阻和溫度、磁場強度關系圖。

具體實施方式

現將本發明的具體實例詳述于后。

實施例

制備多孔石墨烯薄膜的過程和步驟如下所述：

????將含有表面氧化層的硅片分別在乙酸乙脂和丙酮中浸泡清洗30?min，然后將清洗的硅片分別在乙醇、蒸餾水中進行超聲清洗，最后利用紅外燈烘烤。???