[發(fā)明專利]一種利用旋涂法將石墨烯組裝到兩親性釕配合物上制備單分子膜的方法

無效

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• 申請日: 2014-11-13
• 公開（公告）號: CN104445143A
• 公開（公告）日: 2015-03-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王華;楊麗;李孔齋;魏永剛;祝星
• 申請（專利權(quán)）人: 昆明理工大學(xué)
• 主分類號: C01B31/02
• 分類號: C01B31/02;C03C17/34
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技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種利用旋涂法將石墨烯組裝到兩親性釕配合物上制備單分子膜的方法，屬于分子自組裝化學(xué)技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

石墨烯（Graphene）是一種由碳原子以sp²雜化軌道組成六角型呈蜂巢晶格的平面薄膜，只有一個碳原子厚度的二維材料。石墨烯可想像為由碳原子和其共價鍵所形成的原子網(wǎng)格，被認(rèn)為是平面多環(huán)芳香烴原子晶體。石墨烯的結(jié)構(gòu)非常穩(wěn)定，這種穩(wěn)定的晶格結(jié)構(gòu)使石墨烯具有優(yōu)秀的導(dǎo)熱性。石墨烯目前是世上最薄卻也是最堅(jiān)硬的納米材料，它幾乎是完全透明的，只吸收2.3%的光，導(dǎo)熱系數(shù)高達(dá)5300W/m·K，高于碳納米管和金剛石，常溫下其電子遷移率超過15000cm²/V·s，而電阻率只約10-6Ωcm，為目前世上電阻率最小的材料。因?yàn)樗碾娮杪蕵O低，電子跑的速度極快，因此被期待可用來發(fā)展出更薄、導(dǎo)電速度更快的新一代電子元件或晶體管。由于石墨烯實(shí)質(zhì)上是一種透明、良好的導(dǎo)體，也適合用來制造透明觸控屏幕、光板、甚至是太陽能電池。

自組裝技術(shù)是指基本結(jié)構(gòu)單元自發(fā)形成有序結(jié)構(gòu)的一種技，這種基本結(jié)構(gòu)單元可以是分子，也可以是納米材料，或者是更大尺度的物質(zhì)。在自組裝的過程中，基本結(jié)構(gòu)單元在基于非共價鍵的相互作用下自發(fā)的組織或聚集為一個穩(wěn)定、具有一定規(guī)則幾何外觀的結(jié)構(gòu)。自組裝過程并不是大量原子、離子、分子之間弱作用力的簡單疊加，而是若干個體之間同時自發(fā)的發(fā)生關(guān)聯(lián)并集合在一起形成一個緊密而又有序的整體，是一種整體的復(fù)雜的協(xié)同作用。

旋涂法(spin-coating)是指將配置好的聚合物溶液滴加到高速旋轉(zhuǎn)的底物表面形成薄膜。旋涂法在薄膜平整度、致密程度、薄膜與基片連接的牢固程度以及薄膜厚度的精確控制等方面具有一定優(yōu)勢。利用旋涂法制備的薄膜的相對介電常數(shù)很低(<215)，可以在超大規(guī)模集成電路的微電子器件中作為層間電解質(zhì)使用。

分子自組裝薄膜是分子通過化學(xué)鍵相互作用自發(fā)吸附在固/液或氣/固界面而形成的熱力學(xué)穩(wěn)定和能量最低的有序膜。當(dāng)吸附分子存在的情況下，局部已形成的無序單層可以自我再生成更完善的、有序的自組裝膜。自組裝單層膜是通過有機(jī)分子在固體表面吸附而形成的有序分子膜，它是將合適的基底浸入到待組裝分子的溶液或氣氛中后，分子自發(fā)地通過化學(xué)鍵牢固地吸附在固體表面而形成一種有序分子組合體，其中的分子排列有序，缺陷少。

目前國內(nèi)對利用旋涂法將石墨烯組裝到單分子膜上的方法的研究還未見報(bào)道。公開的石墨烯的自組裝方法主要有：

公開號為CN102021573A的中國專利公開的“貴金屬-石墨烯雙層復(fù)合導(dǎo)電膜的自組裝制備方法”，是以貴金屬離子或配離子、氧化石墨烯為原料，通過溶劑誘導(dǎo)自組裝方法得到的貴金屬-石墨烯雙層復(fù)合導(dǎo)電膜。雙層復(fù)合導(dǎo)電膜的貴金屬層、石墨烯層及整體膜的厚度可以通過貴金屬離子溶液、氧化石墨烯溶液的濃度和體積進(jìn)行調(diào)控，雙層復(fù)合導(dǎo)電膜中銀層與石墨烯層的導(dǎo)電性可以調(diào)控。

公開號為CN102530929A的中國專利公開的“形成石墨烯氧化物圖案和石墨烯圖案的方法”中，在基底的至少一個表面上制備疏水的自組裝單分子膜，用掩模覆蓋所述疏水的自組裝單分子膜后采用紫外線燈曝光，并在曝光后去除掩模，得到該至少一個表面含有圖案化的自組裝單分子膜模板的基底，用石墨烯氧化物量子點(diǎn)的水溶液覆蓋所述圖案化的自組裝單分子膜模板，干燥，從而在基底的該至少一個表面上形成石墨烯氧化物圖案。該方法需在密閉條件下進(jìn)行，且需掩模覆蓋后紫外線燈曝光。

公開號為CN104018145A的中國專利公開的“一種鈦合金表面石墨烯薄膜的制備方法”中，將醫(yī)用鈦合金進(jìn)行放入piranha溶液中進(jìn)行羥基化處理，然后放入氨基硅烷溶液中自組裝硅烷薄膜，將表面附有硅烷薄膜的鈦合金浸入氧化石墨烯膠體中制備硅烷-氧化石墨烯薄膜，最后利用氫鹵酸還原氧化石墨烯薄膜，干燥后得到還原氧化石墨烯復(fù)合薄膜。該方法需在真空密閉環(huán)境下進(jìn)行，且需使用濃硫酸等危險(xiǎn)溶劑。

目前，單分子膜自組裝法是一種有利于控制組裝結(jié)構(gòu)和形態(tài)的有效方法，可在電極的表面通過過共價鍵或非共價鍵而自發(fā)形成高度有序的單分子層。自組裝膜分子排列有序緊密，但組裝過程復(fù)雜，組裝時間長，對設(shè)備要求高，需在在干凈、密閉性較好的實(shí)驗(yàn)室內(nèi)進(jìn)行。而且，為使反應(yīng)物與基片活性部分快速、有效地反應(yīng)，配合物需在溶劑中有較好的溶解度。此外，組裝石墨烯的常規(guī)方法一般是將石墨烯與配合物分散于水中，長時間超聲混合，但是此方法中石墨烯易團(tuán)聚，配合物分子的附著量少。因而設(shè)計(jì)發(fā)明一種可定向、自組裝過程簡單、穩(wěn)定性高且可重復(fù)性好的將石墨烯組裝到單分子膜上的方法十分必要。