[發明專利]一種石墨烯紙的制備方法

有效

• 申請號: 201710445862.9
• 申請日: 2017-06-14
• 公開（公告）號: CN107253716B
• 公開（公告）日: 2019-07-26
• 發明（設計）人: 韓文鵬;龍云澤;郭亞楠;高志遠;燕軍祥;張紅娣;張君誠;閻世英
• 申請（專利權）人: 青島大學
• 主分類號: C01B32/184
• 分類號: C01B32/184
• 代理公司: 濟南誠智商標專利事務所有限公司 37105
• 代理人: 黃蓉

本發明公開了一種石墨烯紙的制備方法，包括以下步驟：(1)電紡納米纖維膜襯底；(2)電噴復合氧化石墨烯薄膜；(3)去除襯底；(4)還原氧化石墨烯。相較于現有方法，該制備方法操作更加簡單、成本低，所得的石墨烯紙厚度均勻、具有較好的電化學性能，且易于與襯底材料分離，可以制備大面積的石墨烯紙，同時可以在制備過程中直接實現石墨烯紙的圖案化，拓展材料的應用領域。

技術領域

本發明屬于石墨烯材料制備技術領域，具體涉及一種石墨烯紙的制備方法。

背景技術

石墨烯是2004年發現的一種單層二維碳原子晶體，其獨特的二維層狀結構以及優異的電學、熱學、力學等性能，使其在柔性電子學、光電探測、能量存儲等眾多領域展現出非常優異的應用前景。受限于石墨烯的制備方法，目前制備大尺寸質量好的單層石墨烯樣品還存在著困難，大多限制在微米尺度，為了實現應用，如何組裝具有宏觀尺度的石墨烯材料便成了近期科研工作者研究的熱點之一。石墨烯紙作為一種典型的二維結構的石墨烯宏觀組裝材料，由于其易于與現代流行的材料加工手段相融合，特別是在儲能領域受到了廣泛的關注。目前制備石墨烯紙的方法主要有真空抽濾、液相電泳沉積以及氣液面自組裝等方法，但在不同方面都存在著一些局限性，比如應用最廣的真空抽濾法在制備過程中也存在著耗能高以及材料與濾膜分離困難等缺點。另外，隨著基于柔性電子學的的可穿戴設備的逐步發展，構筑特殊結構或者圖案化是增加材料拉伸性能的常用策略，但目前在制備圖案化的的石墨烯紙方面尚無較好的研究成果。

發明內容

本發明要解決的技術問題是：克服現有技術缺陷，提供一種石墨烯材料制備技術領域，相較于現有方法，該制備方法操作更加簡單、成本低，所得的石墨烯紙厚度均勻、具有較好的電化學性能，且易于與襯底材料分離，可以制備大面積的石墨烯紙，同時可以在制備過程中直接實現石墨烯紙的圖案化，拓展材料的應用領域。

為了解決上述問題，本發明提供了一種石墨烯紙的制備方法，包括以下步驟：

(1)電紡納米纖維膜襯底：配制高分子聚合物紡絲前驅液，將所得紡絲前驅液加入靜電紡絲裝置的儲液機構中，利用靜電紡絲法制備高分子聚合物納米纖維膜，即在收集底板上得到納米纖維膜襯底；

(2)電噴復合氧化石墨烯薄膜：將氧化石墨烯分散液置于靜電噴霧裝置的儲液機構中，將步驟(1)納米纖維膜襯底置于靜電噴霧裝置的收集機構上，利用靜電噴霧法在納米纖維膜襯底上直接噴涂復合氧化石墨烯薄膜；

(3)去除襯底：將步驟(2)所得的復合膜材料的納米纖維膜襯底去除，得氧化石墨烯薄膜；

(4)還原氧化石墨烯：將步驟(3)所得的氧化石墨烯薄膜還原即得石墨烯紙。

本發明的制備方法操作簡單、成本低，該方法以靜電紡絲法制備的高分子納米纖維膜為襯底，并采用靜電噴霧法利用電場力在襯底纖維表面直接噴涂復合一層致密均勻的氧化石墨烯薄膜，由于作為襯底的納米纖維薄膜可以輕松的通過溶解、燃燒等方法去除，最后在還原氧化石墨烯薄膜即可制得厚度均勻的石墨烯紙，該去除襯底方法不僅簡單，且該過程中氧化石墨烯薄膜的性能和形貌無影響，使得該方法可以輕松的實現石墨烯紙與襯底的分離，有效的解決了石墨烯紙制備過程中附著于襯底上，不易分離應用的問題，同時，經測試該石墨烯紙具有優于普通石墨烯紙的電化學性能，申請人猜測這源于在電噴過程中二維可移動平臺的引入，導致氧化石墨烯微片在組裝過程中分散的更加均勻，同時由于電場力作用的存在使得氧化石墨烯片層間的間隙減小，都會導致電化學性能的提高；另外由于納米纖維膜襯底具有纖維結構，使得該石墨烯襯底表面也具有與襯底纖維膜互補的微結構，這種結構上的差異也可能導致該石墨烯紙性能的提升。

優選的，步驟(1)所述的高分子材料為尼龍、聚乙烯吡絡烷酮、聚氧化乙烯、聚偏氟乙烯、聚己內酯、聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯中的一種或多種。

優選的，所述的步驟(1)的收集底板為帶有鏤空圖案的金屬板。