[發(fā)明專利]一種石墨烯/銅納米線復(fù)合薄膜的制備方法及薄膜

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201610789083.6
• 申請日: 2016-08-31
• 公開（公告）號: CN106384617B
• 公開（公告）日: 2018-03-02
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 孫賢賢;李宜彬;赫曉東;彭慶宇
• 申請（專利權(quán)）人: 哈爾濱工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: H01B1/02
• 分類號: H01B1/02;H01B1/04;H01B1/22;H01B1/24;H01B13/00;B05D1/04
• 代理公司: 哈爾濱市陽光惠遠知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司23211
• 代理人: 梁超

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及復(fù)合材料領(lǐng)域，具體涉及一種制備石墨烯復(fù)合薄膜的方法及薄膜。

背景技術(shù)

石墨烯被定義為僅由單層碳原子緊密堆積成的二維蜂窩狀點陣結(jié)構(gòu)，每個碳原子和相鄰的三個碳原子形成共價鍵。雖然石墨烯僅由一層碳原子構(gòu)成，但其形貌可以被多種儀器所觀測，以此來表征石墨烯的層數(shù)、厚度及其晶化程度等重要信息。石墨烯中每個碳原子都有一個s軌道和三個p軌道，其中s軌道和兩個p軌道與周圍相鄰的三個碳原子形成化學(xué)鍵，對石墨烯的電導(dǎo)率沒有貢獻，而剩余的一個p軌道相互雜化，形成價帶和導(dǎo)帶，影響著石墨烯的電學(xué)性能。

石墨烯具有獨特的二維晶體結(jié)構(gòu)決定了其具有優(yōu)異的電學(xué)、力學(xué)和熱學(xué)性能。自由電子在石墨烯上的傳輸不易發(fā)生散射，電子遷移率可以達到2×10⁵cm/V·s，是硅中電子遷移率的一百多倍；其電導(dǎo)率高達10⁶S/m，是室溫下絕佳的導(dǎo)電材料。石墨烯彈性模量高達1TPa，斷裂強度為125GPa，室溫?zé)釋?dǎo)率為5.3×10³W/m·K，比表面積為2630m²/g。石墨烯也具有優(yōu)異的光學(xué)性能，單層石墨烯的可見光吸收率僅為2.3％，由此可根據(jù)薄層石墨烯的可見光透過率來估算出石墨烯的層數(shù)。另外，紫外光對石墨烯有刻蝕作用，隨著紫外光照射時間的增加，石墨烯薄膜的結(jié)構(gòu)不斷被破壞，其可見光透過率和薄膜面電阻都在上升。這種二維的石墨烯薄膜除了具有高導(dǎo)電性和透過率之外，還展現(xiàn)出優(yōu)異的化學(xué)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性，可作為太陽能透明電極的替代物。因此石墨烯在復(fù)合材料、催化材料、儲能材料、高功能納電子器件、氣體傳感器等領(lǐng)域具有相當(dāng)大的應(yīng)用價值，也吸引眾多學(xué)者展開對石墨烯深入系統(tǒng)地研究。

目前石墨烯薄膜的制備方法主要是有兩種，一種是先制備納米尺度的氧化石墨烯，然后制備氧化石墨烯薄膜，最后還原得到石墨烯薄膜；另一種是直接制備石墨烯薄膜。間接法主要有真空抽濾法、旋涂法、自組裝法、電泳法、電化學(xué)法、噴涂法；石墨烯的直接制備有膠帶剝離法、碳化硅或金屬表面外延生長法和化學(xué)氣相沉積法(CVD)。比較上述兩大類制備石墨烯薄膜的方法可以發(fā)現(xiàn)它們的特點，對于第一類石墨烯薄膜制備方法，在石墨烯薄膜大小和厚度的可控性方面，真空抽濾法制備時薄膜大小受抽濾紙大小控制，旋涂法制備通過分散液濃度，轉(zhuǎn)速來控制石墨烯膜的厚度以及面積可以選擇，缺點是原料容易浪費。自組裝方法簡單易行，薄膜面積大小可以任意調(diào)控，薄膜呈現(xiàn)較好的均勻性和可控性，不過由于采用氧化石墨烯作為中間體，后續(xù)的還原處理對石墨烯薄膜的導(dǎo)電性影響很大。采用電泳沉積法制備石墨烯薄膜時，面積大小受電極控制，控制電泳沉積電壓和沉積時間，可以制備不同厚度的石墨烯薄膜，操作簡便、易于控制、成本較低、適于規(guī)?；苽?，但是存在將得到的薄膜轉(zhuǎn)移到其它基底上的不便。在第一類石墨烯薄膜的制備過程中，石墨要經(jīng)過氧化和還原兩個過程，得到的石墨烯的性能不夠穩(wěn)定，這對后續(xù)研究有一定的影響。第二類化學(xué)氣相沉積法能得到大面積高質(zhì)量的單層石墨烯，但設(shè)備要求高，得到的薄膜也往往需要轉(zhuǎn)移到其它基底上，轉(zhuǎn)移過程困難。

綜上所述，現(xiàn)有石墨烯復(fù)合薄膜的制備方法中缺少操作簡單，成本低，容易從基底上轉(zhuǎn)移，又可以制備大面積復(fù)合薄膜的方法。

發(fā)明內(nèi)容

針對上述問題，本發(fā)明提供一種石墨烯/銅納米線復(fù)合薄膜的制備方法，具體是按照以下步驟進行的：

1)配制銅納米線分散液：將銅納米線分散在N-甲基吡咯烷酮中；

2)配制石墨烯分散液：將石墨烯粉末分散在N-甲基吡咯烷酮中；

3)銅納米線分散液與石墨烯分散液混合；

4)靜電噴霧沉積法制備復(fù)合薄膜：將步驟3)得到的混合分散液通過靜電噴霧沉積法沉積在金屬基底上，在金屬基底上形成石墨烯/銅納米線復(fù)合薄膜，將金屬基底與復(fù)合薄膜分離；

5)熱壓燒結(jié)：將步驟4)分離得到的復(fù)合薄膜干燥后熱壓燒結(jié)，即得到石墨烯/銅納米線復(fù)合薄膜；

先進行上述步驟1)后進行上述步驟2)，或先進行上述步驟2)后進行上述步驟1)。

優(yōu)選的，上述金屬基底為鋁箔，將金屬基底與復(fù)合薄膜分離的方法為噴射完成后，將金屬基底與復(fù)合薄膜放在去離子水中，則復(fù)合薄膜自行從金屬基底上脫落。

上述步驟具體為：