[發明專利]一種石墨烯有序多孔膜的制備方法

有效

• 申請號: 201410457003.8
• 申請日: 2014-09-10
• 公開（公告）號: CN104229782A
• 公開（公告）日: 2014-12-24
• 發明（設計）人: 高超;劉崢;黃鐵騎;孫海燕;夏芝香
• 申請（專利權）人: 浙江碳谷上希材料科技有限公司
• 主分類號: C01B31/04
• 分類號: C01B31/04;H01G11/84
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 邱啟旺

技術領域

本發明涉及石墨烯膜的制備方法，尤其涉及一種石墨烯有序多孔膜的制備方法。

背景技術

2010年，英國曼徹斯特大學的兩位教授Andre?Geim和Konstantin?Novoselov因為首次成功分離出穩定的石墨烯獲得諾貝爾物理學獎，掀起了全世界對石墨烯研究的熱潮。石墨烯（Graphene）是一種單分子層二維晶體，具有已知材料最高的強度（Science,?2008,?321,?385-388）以及優異的導電性和導熱性，是目前最理想的二維納米材料。宏觀組裝的石墨烯是納米級石墨烯的主要應用形式，可以將二維納米級的石墨烯組裝成一維的纖維、二維的膜和三維立體結構的宏觀材料。因為充分發揮了石墨烯表面積大，強度高的特性，三維立體結構的石墨烯在可以用作電能轉換、存儲裝置；電子場發射源；熱擴散層；油相吸附劑和催化劑載體等。常用來制備三維石墨烯宏觀組裝體的方法主要有：化學氣相沉淀法，冰模板法，自組裝法和水熱法。化學氣相沉淀法高度依賴于三維結構的金屬模板，步驟繁瑣，操作復雜；其他方法缺乏對石墨烯分散體系的預處理和預取向，獲得產品結構有序性差。簡單快速制備高度有序的石墨烯多孔膜仍然是一個巨大的挑戰。

發明內容

本發明的目的是克服現有技術的不足，提供一種石墨烯有序多孔膜的制備方法。

本發明的目的是通過以下技術方案實現的：一種石墨烯有序多孔膜的制備方法，它的步驟如下：

1）將1重量份的石墨烯，5~100重量份的水混合，超聲分散后得到石墨烯分散液。

2）將步驟1制備的石墨烯分散液，以10~1000?mL/h的擠出速度在一字形模口的制備裝置中擠出，擠出后在液氮中停留1~100秒凝固成膜，再進一步冷凍干燥或者臨界冷凍干燥2-40h，最后得到有序多孔石墨烯膜。

該方法還可以由以下步驟組成：

1）將1重量份的或氧化石墨烯，5~100重量份的水混合，超聲分散后得到氧化石墨烯分散液。

2）將氧化石墨烯分散液，以10~1000?mL/h的擠出速度在一字形模口的制備裝置中擠出，擠出后在液氮中停留1~100秒凝固成膜，再進一步冷凍干燥或者臨界冷凍干燥2-40h，最后得到有序多孔氧化石墨烯膜。

3）將步驟（2）獲得的有序多孔氧化石墨烯膜置于還原劑中還原，洗滌干燥得到石墨烯膜。還原劑選自質量分數為1%-40%的水合肼、質量分數為1%-40%的硼氫化鈉水溶液、質量分數為1%-40%的苯肼水溶液、質量分數為1%-40%的氫溴酸水溶液、質量分數為1%-40%的茶多酚水溶液、質量分數為1%-40%的尿素水溶液、質量分數為1%-20%的硫代硫酸鈉水溶液、質量分數為1%-5%的氫氧化鈉水溶液、質量分數為1%-40%的氫氧化鉀水溶液、質量分數為5%-50%的維生素C水溶液、質量分數為1%-40%的葡萄糖水溶液、質量分數為1%-40%的氫碘酸水溶液、質量分數為1%-40%的醋酸水溶液、質量分數為1%-40%的苯酚水溶液。

所述步驟（2）中的一字形模口的制備裝置為長方體結構，中間開有一個逐漸變窄的一字形模口。

本發明與現有技術相比具有的有益效果：1）石墨烯或氧化石墨烯的初級原料為石墨，原料來源廣泛、易得、成本低廉；2）制備方法操作快速簡便、綠色環保，可以大規模制備；3）可以控制石墨烯有序多孔膜的厚度、寬度和孔隙尺寸，多孔膜的結構規整，有序度高；4）制得的石墨烯有序多孔膜有著很低的密度，很好的強度和韌性，同時有著優異的熱導性和導電性。

附圖說明

圖1為一字形模口的制備裝置的剖面圖；

圖2為一字形模口的制備裝置的主視圖；

圖3為一字形模口的制備裝置的后視圖；

圖4為石墨烯有序多孔膜斷面的掃描電子顯微鏡照片；?

圖5為石墨烯有序多孔膜超級電容器的電容-電壓曲線圖；

圖6為恒流充放電曲線圖。

具體實施方式

如圖1-3所示，一字形模口的制備裝置為長方體結構，中間開有一字形模口，所述的一字形模口為一個逐漸變窄的流道。逐漸變窄的流道能有效增加流場對石墨烯片的作用力，有利于石墨烯分散體系規整取向結構的形成。

本方法得到的石墨烯有序多孔膜，石墨烯沿軸向排列堆積成沿擠出方向通孔，密度為0.01-0.1g/cm³,?拉伸強度為5-20MPa，壓縮強度為1-5MPa，斷裂伸長率為1-10%，導電率大于1000S/m，孔隙率為90%-99.5%。