[發明專利]石墨烯?碳納米管?石墨烯復合結構及其制備方法有效
| 申請號： | 201510451290.6 | 申請日： | 2015-07-29 |
| 公開（公告）號： | CN105036114B | 公開（公告）日： | 2017-04-05 |
| 發明（設計）人： | 李翔;李達;朱四美;徐建保;李清文;金赫華 | 申請（專利權）人： | 蘇州捷迪納米科技有限公司 |
| 主分類號： | C01B32/168 | 分類號： | C01B32/168;C01B32/184;B82Y30/00 |
| 代理公司： | 蘇州威世朋知識產權代理事務所(普通合伙)32235 | 代理人： | 楊林潔 |
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| 摘要： | |||
| 搜索關鍵詞： | 石墨 納米 復合 結構 及其 制備 方法 | ||
技術領域
本發明屬于納米材料制備技術領域，尤其涉及一種石墨烯-碳納米管-石墨烯復合結構及其制備方法。
背景技術
碳納米管作為一維納米材料，重量輕，六邊形結構連接完美，具有很多優異的力學、電學和化學性能。而石墨烯作為一種只有單原子層厚度的二維碳納米材料，具有極高的載流子遷移率，良好的透光性和導電性，較好的半導體性，以及高的比表面積，在納米電子器件，電極材料等領域具有廣泛的應用前景。隨著研究的深入，關于石墨烯與碳納米管復合材料的研究逐漸浮現出來，目的能夠發揮石墨烯和碳納米管的各自優點，使兩者的性能最大化。但現有技術往往是通過提供一個基底，基底上有一層石墨烯，再在石墨烯上面復合一層碳納米管薄膜，除去基底，得到石墨烯/碳納米管復合膜。此方法制備出的復合膜，碳納米管薄膜暴露，容易被破壞，可操作性有限；石墨烯與碳納米管之間屬于簡單的接觸，接觸面積有限，復合質量差，導致復合膜的力學性能、導電性受到很大的影響。而且作為一種儲能材料，最重要的參數就是比表面積，石墨烯是現如今被報道的比表面積最大的材料，可是由于是單原子的平面結構，實際可用的比表面積其實很小。所以如果能把石墨烯與石墨烯的片層支撐開，這樣可用的比表面積就會增加很多，所以本發明提供一種方法制備出石墨烯碳納米管的層狀復合結構。
發明內容
本發明的目的在于提供一種石墨烯-碳納米管-石墨烯復合結構的制備方法，
本發明的目的還在于提供一種石墨烯-碳納米管-石墨烯復合結構。
為解決上述一發明目的，本發明提供一種石墨烯-碳納米管-石墨烯復合結構的制備方法，該方法包括以下步驟：
制備一基底：
將一自支撐的碳納米管膜結構轉移至一金屬箔表面，在所述自支撐的碳納米管膜結構遠離所述金屬箔的一表面覆蓋一金屬層；
在所述基底上生長石墨烯，形成基底和石墨烯復合結構；
刻蝕處理所述基底和石墨烯復合結構，去除所述金屬箔和金屬層，得到所述石墨烯-碳納米管-石墨烯復合結構。
作為本發明的進一步改進，所述自支撐的碳納米管膜結構為至少兩層正交或其他不同方向交織的網絡狀可紡絲高取向碳納米管薄膜。
作為本發明的進一步改進，所述可紡絲高取向碳納米管薄膜通過可紡絲碳納米管陣列拉膜制備。
作為本發明的進一步改進，“將一自支撐的碳納米管膜結構轉移至金屬箔表面”步驟具體為：在所述金屬箔上拉上至少兩層正交或其他不同方向交織的可紡絲高取向碳納米管薄膜，用有機溶劑處理，使所述自支撐的碳納米管膜結構與所述金屬箔形成良好的接觸。
作為本發明的進一步改進，“在所述碳納米管膜結構遠離所述金屬箔的一表面覆蓋金屬層”步驟具體為：通過物理氣相沉積方法在所述自支撐的碳納米管膜結構遠離所述金屬箔的一表面蒸鍍一層厚度為50~500nm的金屬層。
作為本發明的進一步改進，所述金屬箔和金屬層的材質相同，均為銅。
作為本發明的進一步改進，“形成基底和石墨烯復合結構”步驟具體為：將所述的基底放入管式爐中，抽真空，通入H2，保持低壓環境，在700℃~1000℃的溫度下退火處理1~3小時。然后再向管式爐中通入碳源氣體，在700℃~1000℃的溫度下生長20~40分鐘，以在所述金屬箔和所述金屬層上覆蓋石墨烯，形成基底和石墨烯復合結構。
作為本發明的進一步改進，所述碳源氣體為甲烷或乙烯或乙炔。
作為本發明的進一步改進，““刻蝕處理所述基底和石墨烯復合結構”步驟具體為：將所述基底和石墨烯復合結構放入FeCl3溶液中，使所述金屬箔和所述金屬層溶解。
為實現上述另一發明目的，本發明提供一種石墨烯-碳納米管-石墨烯復合結構，其包括：彼此復合的自支撐的碳納米管膜結構和石墨烯，其中，所述自支撐的碳納米管膜結構為至少兩層正交或其他不同方向交織的網絡狀可紡絲高取向碳納米管薄膜構成，所述自支撐的碳納米管膜結構具有第一表面以及與所述第一表面相對的第二表面，所述石墨烯完全覆蓋所述自支撐的碳納米管膜結構的第一表面及第二表面。
與現有技術相比，本發明采用自支撐的碳納米管膜結構和石墨烯彼此復合形成的石墨烯-碳納米管-石墨烯三明治結構，使得石墨烯-碳納米管-石墨烯復合結構的力學性能和導電性能都得到提升，同時也解決了石墨烯-碳納米管-石墨烯復合結構在生長、轉移以及后期組裝過程中遇到的復合結構易被破壞的問題，尤其復合結構中存在碳納米管的骨架支撐，使得復合結構中石墨烯的比表面積得到了很大的提升，可以作為很好的能源儲能材料。
附圖說明
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