[發(fā)明專利]一種制備石墨烯薄膜的方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310026890.9
• 申請日: 2013-01-24
• 公開（公告）號: CN103101908A
• 公開（公告）日: 2013-05-15
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 孫立濤;畢恒昌;萬樹;吳幸;尹奎波;謝驍;徐峰;賀龍兵
• 申請（專利權(quán)）人: 東南大學(xué)
• 主分類號: C01B31/04
• 分類號: C01B31/04
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務(wù)所(普通合伙) 32204
• 代理人: 柏尚春

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種調(diào)控石墨烯薄膜潤濕性的方法。

背景技術(shù)

隨著石墨烯的發(fā)現(xiàn)，其優(yōu)異的電學(xué)性質(zhì)、力學(xué)性質(zhì)、熱學(xué)性質(zhì)和磁學(xué)性質(zhì)引起了人們的廣泛關(guān)注。同時制備石墨烯的方法也層出不窮，主要有微機械剝離法（Novoselov?KS,Geim?AK,Morozov?S?V，Jiang?D,Zhang?Y，Dubonos?SV?et?al.Science2004，306,666）、化學(xué)法（Stankovich?S,Dikin?DA,et?al.Carbon2007，45,1558）和外延生長（Kim?KS,ZhaoY，et?al.Nature2009，457,706）。另外對于材料與環(huán)境的兼容方面，材料的表面起到了非常重要的作用。在很多情況下，盡管材料的特性對于一些特殊的應(yīng)用顯得非常優(yōu)異，但是很多情況下要對其表面進行相應(yīng)的處理以滿足特定的需要（Wang?SR,Zhang?Y，Abibi?N,Cabrales?L,Langmuir2009,25,11078）。而這些在復(fù)合材料、涂料和生物介質(zhì)上顯得更加尤為重要。目前盡管有大量的工作集中在石墨烯的制備上，但很少有對石墨烯的表面特性進行研究的，為了擴大石墨烯的應(yīng)用領(lǐng)域，必須能夠得到不同表面特性的石墨烯。

發(fā)明內(nèi)容

技術(shù)問題：本發(fā)明提供一種可以實現(xiàn)石墨烯薄膜從親水-疏水-強疏水-超疏水轉(zhuǎn)變的調(diào)控石墨烯潤濕性的方法。

技術(shù)方案：本發(fā)明的調(diào)控石墨烯潤濕性的方法，包括以下步驟：

首先將氧化石墨加入溶劑中，超聲分散形成0.1mg/ml到5mg/l的氧化石墨烯分散液，然后將襯底放在加熱臺上，調(diào)節(jié)襯底溫度，用噴槍將氧化石墨烯分散液噴到加熱的襯底上，得到氧化石墨烯薄膜，接著對所得氧化石墨烯薄膜進行肼蒸汽還原，即將氧化石墨烯薄膜置于盛有肼的密閉容器中，然后加熱到75到110℃，并維持5h到48h，最后對肼蒸汽還原所得產(chǎn)物進行碳顆粒修飾。

本發(fā)明中，溶劑是水、乙醇、丙酮、甲醇、乙醚、氯仿、四氯化碳、苯、丙二醇甲醚、丁醇、丁酮、二甲苯、甲苯、四氫呋喃、乙酸甲酯、乙酸乙酯、異丙醇、正庚烷、正己烷中的任意一種。

本發(fā)明中，氧化石墨烯薄膜的制備過程中，襯底的溫度根據(jù)溶劑種類來確定，溶劑種類與襯底溫度的對應(yīng)關(guān)系為：溶劑為水，襯底溫度設(shè)置在25-95℃；溶劑為乙醇，襯底溫度設(shè)置在25-70℃；溶劑為丙酮，襯底溫度設(shè)置在25-50℃；溶劑為甲醇，襯底溫度設(shè)置在25-60℃；溶劑為乙醚，襯底溫度設(shè)置在25-30℃；溶劑為氯仿，襯底溫度設(shè)置在25-56℃；溶劑為四氯化碳，襯底溫度設(shè)置在25-70℃；溶劑為苯，襯底溫度設(shè)置在25-75℃；溶劑為丙二醇甲醚，襯底溫度設(shè)置在25-65℃；溶劑為丁醇，襯底溫度設(shè)置在25-110℃；溶劑為丁酮，襯底溫度設(shè)置在25-75℃；溶劑為二甲苯，襯底溫度設(shè)置在25-130℃；溶劑為甲苯，襯底溫度設(shè)置在25-105℃；溶劑為四氫呋喃，襯底溫度設(shè)置在25-60℃；溶劑為乙酸甲酯，襯底溫度設(shè)置在25-53℃；溶劑為乙酸乙酯，襯底溫度設(shè)置在25-70℃；溶劑為異丙醇，襯底溫度設(shè)置在25-75℃；溶劑為正庚烷，襯底溫度設(shè)置在25-90℃；溶劑為正己烷，襯底溫度設(shè)置在25-65℃。

本發(fā)明中的碳顆粒修飾，是將肼蒸汽還原所得產(chǎn)物，完全置于火焰中灼燒2秒到5秒。

本發(fā)明方法中的碳顆粒修飾，火焰來源為以下任一物質(zhì)的燃燒燃燒產(chǎn)生火焰的物質(zhì)為：蠟燭、酒精、汽油、柴油及各種烷烴類化合物。

本發(fā)明中，襯底的材質(zhì)為玻璃、硅片、金屬片、聚二甲基硅氧烷。

本發(fā)明利用噴涂法結(jié)合襯底溫度的改變，可以得到不同粗糙程度的表面，進而實現(xiàn)由親水-疏水-強疏水的轉(zhuǎn)變，另外，為了實現(xiàn)超疏水，必須對其表面進行碳顆粒修飾，而該過程是通過將石墨烯薄膜置于火焰上燃燒實現(xiàn)的。

有益效果：本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點：

現(xiàn)有的資料中，只是研究石墨烯片本身具有疏水特性，并沒有人研究通過改變石墨烯膜的表面結(jié)構(gòu)進而設(shè)計出不同潤濕性的薄膜。本發(fā)明第一次利用噴涂結(jié)合加熱的方法，實現(xiàn)了石墨烯薄膜表面結(jié)構(gòu)的可控制備，進而得到了不同潤濕性的石墨烯薄膜。石墨烯由于具有非常好的耐磨性，因此，其在涂層方面具有極大的應(yīng)用前景，但作為涂層，潤濕性將是一個非常重要的指標，不同的領(lǐng)域要求涂層具有不同的潤濕性，因此，本發(fā)明結(jié)合實際情況，利用新方法得到了具有不同潤濕性的石墨烯薄膜。該方法成本低、簡單、易于大規(guī)模生產(chǎn)。本發(fā)明利用溫度調(diào)節(jié)結(jié)合表面修飾，從而實現(xiàn)了石墨烯薄膜表面潤濕性的可控調(diào)制。該方法簡單易行，成本低，還可以實現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)。

附圖說明