[發(fā)明專利]一種高導(dǎo)電的柔性自支撐石墨烯薄膜及其制備方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201610028929.4
• 申請日: 2016-01-15
• 公開（公告）號: CN105732038A
• 公開（公告）日: 2016-07-06
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 徐華;路一飛;項(xiàng)建新;顧忠澤
• 申請（專利權(quán)）人: 東南大學(xué)
• 主分類號: C04B35/52
• 分類號: C04B35/52;H01B1/04
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標(biāo)事務(wù)所(普通合伙) 32249
• 代理人: 馮慧

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于石墨烯材料制備技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種高導(dǎo)電的柔性自支撐石墨烯薄膜的制備方法。

背景技術(shù)

石墨烯材料是一種二維層狀、單原子厚度的碳單質(zhì)，由sp²雜化的碳原子在二維平面上有序排列而成。石墨烯自2004年被發(fā)現(xiàn)以來，以其奇特的物理和化學(xué)性能引起了科學(xué)家的廣泛關(guān)注和極大的興趣，有著非常廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域。目前石墨烯的制備方法主要有機(jī)械剝離法、化學(xué)氣相沉積法、溶劑剝離法和化學(xué)氧化法等。其中化學(xué)氧化法由于工藝簡單、可靠、成本低廉等優(yōu)點(diǎn),一直被認(rèn)為是能夠?qū)崿F(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)石墨烯的有效途徑。該方法制備的氧化石墨烯在石墨烯邊緣和面上引入許多含氧功能基團(tuán)，有效解決了目前石墨烯的溶解分散性和可加工性問題，已成為目前石墨烯研究的熱點(diǎn)。

為實(shí)現(xiàn)氧化石墨烯在儲(chǔ)能、電子器件、化學(xué)過濾等領(lǐng)域的實(shí)際應(yīng)用，將氧化石墨烯分散液進(jìn)一步加工成高導(dǎo)電的自支撐石墨烯薄膜是其需要解決的關(guān)鍵問題。目前制備自支撐石墨烯薄膜的方法主要有Langmuir-Blodgett技術(shù)(J.Am.Chem.Soc.,2009,131:1043-1049)，真空抽濾法(Nature,2007,448:457-460)以及溶劑揮發(fā)自組裝(Adv.Mater.2009,21,3007–3011)。LB組裝法可以實(shí)現(xiàn)大面積的平整的石墨烯薄膜的制備，但缺點(diǎn)是其耗時(shí)較長。真空抽濾法是一種比較常見的制備自支撐石墨烯膜及其復(fù)合膜的方法，具體過程為：先用抽濾法制備氧化石墨烯膜，并通過有機(jī)溶劑將濾膜溶解得到自支撐的氧化石墨烯薄膜，再進(jìn)行高溫煅燒還原得到自支撐石墨烯薄膜(Naturenanotechnology,2008,3:270-274)；抽濾法需要先通過有機(jī)溶劑去除濾膜基底，再轉(zhuǎn)移進(jìn)行熱還原，操作復(fù)雜，且所制備的自支撐石墨烯膜受到過濾器砂芯大小的限制，不利于實(shí)現(xiàn)大面積可控材料的制備。溶劑揮發(fā)自組裝法是通過加熱使溶劑揮發(fā)，在溶劑/空氣界面組裝得到自支撐的氧化石墨烯膜，再進(jìn)行還原得到自支撐的石墨烯薄膜。溶劑揮發(fā)法制備的自支撐石墨烯膜需要大量的氧化石墨烯溶液，材料利用率低，不利于批量生產(chǎn)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明克服現(xiàn)有技術(shù)中制備自支撐的石墨烯薄膜存在的問題，提供一種高導(dǎo)電率的柔性自支撐石墨烯薄膜及其制備方法。該方法制備簡單，操作方便，對設(shè)備、工藝要求簡單，原料利用率高，成本低，可實(shí)現(xiàn)大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。制備的自支撐石墨烯膜大小、厚度可控、柔韌性好、導(dǎo)電性能高。

本發(fā)明的技術(shù)方案為：一種高導(dǎo)電率的柔性自支撐石墨烯薄膜，將固體基底先進(jìn)行等離子體表面處理，將氧化石墨烯溶液滴定在固體基底上干燥成膜，將得到的氧化石墨烯薄膜放入氫碘酸水溶液中加熱還原，得到高導(dǎo)電率的柔性自支撐石墨烯薄膜自動(dòng)從固體基底上分離，所述的高導(dǎo)電率的柔性自支撐石墨烯薄膜厚度為50nm-10μm,電導(dǎo)率為1x10⁴～1x10⁵S/m，能夠在0～180度彎曲。

所述固體基底包括玻璃、石英片、硅片中任意一種。

制備所述的高導(dǎo)電率的柔性自支撐石墨烯薄膜的方法，具體包括以下步驟：

(1)將固體基底首先進(jìn)行等離子體表面處理，并將氧化石墨烯溶液滴定在處理過的固體基底，真空干燥得到氧化石墨烯薄膜；

(2)將固體基底上的氧化石墨烯薄膜放入氫碘酸水溶液中，然后在密閉的條件下加熱進(jìn)行還原反應(yīng)，得到懸浮在氫碘酸溶液表面的自支撐石墨烯薄膜，洗凈晾干，即得成品。

所述的氧化石墨烯水溶液是按照改進(jìn)的Hummers法，以石墨為原料，制備得到的氧化石墨烯水溶液，所述的氧化石墨烯水溶液的濃度為0.2～3mg/ml。

步驟(1)中，真空干燥溫度為50～100℃，時(shí)間為2～6h。

所述的氫碘酸水溶液濃度為47～80wt.％。

步驟(2)還原反應(yīng)溫度為50～200，時(shí)間1～5h，氫碘酸與氧化石墨膜的質(zhì)量比為5～30:1。

有益效果：