[發(fā)明專利]一種石墨烯薄膜和連續(xù)生產(chǎn)石墨烯薄膜的方法及裝置

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201510824701.1
• 申請(qǐng)日: 2015-11-24
• 公開（公告）號(hào): CN105271209A
• 公開（公告）日: 2016-01-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 曲良體;崔琳凡;薛江麗;張志攀;趙揚(yáng);王忠輝
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京旭碳新材料科技有限公司
• 主分類號(hào): C01B31/04
• 分類號(hào): C01B31/04
• 代理公司: 北京潤(rùn)平知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11283
• 代理人: 嚴(yán)政;劉兵

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種連續(xù)生產(chǎn)石墨烯薄膜的方法及裝置，和由此方法制備的石墨烯薄膜。

背景技術(shù)

石墨烯具有由碳原子以sp²雜化軌道組成六角型呈蜂巢晶格的平面層狀結(jié)構(gòu)。石墨烯不僅具有較高的比表面積和多孔結(jié)構(gòu)，還具有十分優(yōu)異的導(dǎo)電性和力學(xué)性能，使其在多個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用都吸引了國(guó)內(nèi)外研究者的廣泛關(guān)注。除此之外，石墨烯中單層碳原子排列緊密，且具有較高的熱導(dǎo)率，是一種非常理想的散熱材料。石墨烯薄膜作為一種柔性的散熱體材料，可滿足計(jì)算機(jī)、手持終端設(shè)備、LED照明燈等大功率設(shè)備的散熱需求。

目前，制備石墨烯薄膜的方法主要有過濾沉積法、旋轉(zhuǎn)涂覆法以及界面自組裝的方法等。

但是這些方法限制了石墨烯薄膜的連續(xù)化生產(chǎn)，不易實(shí)現(xiàn)規(guī)模化地生產(chǎn)連續(xù)的石墨烯薄膜。不僅如此，現(xiàn)有技術(shù)在石墨烯薄膜生產(chǎn)過程的還原步驟中，通常使用化學(xué)試劑，例如水合肼的加熱還原、鈉-氨溶液在干冰浴條件下還原、硼氫化鈉堿性條件下的還原、乙酸-氫碘酸溶液的還原等，這些過程一般來(lái)講需要用到有毒的化學(xué)試劑，繁瑣的實(shí)驗(yàn)步驟，消耗相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間，而且在化學(xué)還原的過程中可能會(huì)引入更多雜質(zhì)，影響其導(dǎo)熱性能。

可以看出，需要改進(jìn)石墨烯薄膜的生產(chǎn)方法，實(shí)現(xiàn)石墨烯薄膜的連續(xù)化生產(chǎn)并提供較高的導(dǎo)熱性能。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是為了克服現(xiàn)有技術(shù)無(wú)法實(shí)現(xiàn)石墨烯薄膜連續(xù)化生產(chǎn)且還原步驟需要有毒化學(xué)試劑的缺陷，同時(shí)為了連續(xù)化生產(chǎn)得到的石墨烯薄膜具有好的導(dǎo)熱系數(shù)，提供了一種石墨烯薄膜和連續(xù)生產(chǎn)石墨烯薄膜的方法及裝置。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種連續(xù)生產(chǎn)石墨烯薄膜的方法，包括：(1)將氧化石墨烯溶液噴涂在連續(xù)移動(dòng)的金屬箔上，同時(shí)加熱所述金屬箔以使所述氧化石墨烯溶液成膜并至少部分進(jìn)行還原，得到涂覆氧化石墨烯層的金屬箔，所述氧化石墨烯層還含有石墨烯；(2)所述涂覆氧化石墨烯層的金屬箔連續(xù)移動(dòng)通過刻蝕溶液進(jìn)行金屬箔刻蝕，得到氧化石墨烯薄膜；(3)將所述氧化石墨烯薄膜連續(xù)移動(dòng)經(jīng)過清洗和干燥后，進(jìn)行退火以完全轉(zhuǎn)變?yōu)槭┍∧ぁ?/p>

本發(fā)明還提供了一種本發(fā)明方法制得的石墨烯薄膜，該石墨烯薄膜的導(dǎo)熱系數(shù)為800-1300W/(m·K)。

本發(fā)明還提供了一種連續(xù)生產(chǎn)石墨烯薄膜的裝置，該裝置包括：第一卷軸1，用于釋放金屬箔；噴涂機(jī)2，用于將氧化石墨烯溶液噴涂在來(lái)自所述第一卷軸的金屬箔上；第一加熱臺(tái)3，用于加熱噴涂在金屬箔上的氧化石墨烯溶液；第一玻璃槽4，用于盛裝刻蝕溶液以刻蝕來(lái)自所述第一加熱臺(tái)的金屬箔，得到氧化石墨烯薄膜；第二玻璃槽5，用于盛裝清洗液以清洗來(lái)自所述第一玻璃槽的氧化石墨烯薄膜；第二加熱臺(tái)6，用于將來(lái)自所述第二玻璃槽的氧化石墨烯薄膜進(jìn)行干燥；高溫爐7，用于將來(lái)自所述第二加熱臺(tái)的氧化石墨烯薄膜在氬氣存在下進(jìn)行退火處理，得到石墨烯薄膜；以及第二卷軸8，用于收集來(lái)自所述高溫爐的石墨烯薄膜；其中，第一卷軸1和第二卷軸8轉(zhuǎn)動(dòng)使金屬箔、氧化石墨烯薄膜和石墨烯薄膜連續(xù)移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)石墨烯薄膜的連續(xù)生產(chǎn)。

本發(fā)明的方法中，利用連續(xù)移動(dòng)的金屬箔、涂覆氧化石墨烯層的金屬箔和氧化石墨烯薄膜實(shí)現(xiàn)了連續(xù)化生產(chǎn)石墨烯薄膜。并且在噴涂氧化石墨烯溶液的同時(shí)進(jìn)行加熱處理，實(shí)現(xiàn)部分氧化石墨烯的還原，可以避免使用有毒化學(xué)試劑，并有利于后續(xù)高溫條件下的退火處理不影響石墨烯薄膜的外觀質(zhì)量和導(dǎo)熱性能。因此，在使用本發(fā)明的方法進(jìn)行石墨烯薄膜的制備可以得到較為干凈的石墨烯薄膜，不需要繁瑣的處理化學(xué)試劑的過程。而且此連續(xù)生產(chǎn)方法制備的石墨烯薄膜可以具有良好的柔韌性和導(dǎo)熱性，可作為高性能導(dǎo)熱材料，導(dǎo)熱系數(shù)可達(dá)到800-1300W/(m·K)。

本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點(diǎn)將在隨后的具體實(shí)施方式部分予以詳細(xì)說明。

附圖說明

附圖是用來(lái)提供對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步理解，并且構(gòu)成說明書的一部分，與下面的具體實(shí)施方式一起用于解釋本發(fā)明，但并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的限制。在附圖中：

圖1為本發(fā)明提供的連續(xù)生產(chǎn)石墨烯薄膜的工藝流程示意圖；

圖2為實(shí)施例1中得到的氧化石墨烯薄膜與石墨烯薄膜的X射線衍射對(duì)比圖；

圖3為實(shí)施例1中得到的氧化石墨烯薄膜與石墨烯薄膜的拉曼光譜對(duì)比圖；

圖4為實(shí)施例1中得到的石墨烯薄膜的掃描電子顯微鏡圖。

附圖標(biāo)記說明

1-第一卷軸，2-噴涂機(jī)，3-第一加熱臺(tái)，4-第一玻璃槽，5-第二玻璃槽，6-第二加熱臺(tái)，7-高溫爐，8-第二卷軸

具體實(shí)施方式