[發明專利]一種石墨烯-碳納米管復合玻璃的制備方法

有效

• 申請號: 201710487148.6
• 申請日: 2017-06-23
• 公開（公告）號: CN109111122B
• 公開（公告）日: 2020-08-28
• 發明（設計）人: 劉忠范;陳召龍;王若崳;張艷鋒
• 申請（專利權）人: 北京大學
• 主分類號: C03C17/22
• 分類號: C03C17/22
• 代理公司: 北京方安思達知識產權代理有限公司 11472
• 代理人: 陳琳琳;武玥

本發明公開了一種石墨烯?碳納米管復合玻璃的制備方法，所述方法包括以下步驟：1)將低軟化溫度玻璃超聲清洗；2)將清洗后的低軟化溫度玻璃置于高溫管式爐中，向反應腔內通入Ar和H₂，將反應腔升溫至990℃?1060℃；3)對低軟化溫度玻璃進行退火，待金屬元素被還原至玻璃表面后，向反應腔內通入碳源性氣體進行石墨烯?碳納米管復合薄膜生長，生長時間為0.5?5h；4)石墨烯?碳納米管復合薄膜生長結束后，關閉碳源性氣體，溫度降至室溫后關閉Ar/H₂，即得到石墨烯?碳納米管復合玻璃。本發明能夠在保證石墨烯玻璃高光透過率前提下，得到低面電阻透明導電玻璃，其熱穩定性以及化學穩定性要遠遠優于常見ITO玻璃。

技術領域

本發明屬于功能材料領域，具體地，本發明涉及一種采用低軟化溫度玻璃為生長基底，以甲烷或者乙醇等為前驅體，利用玻璃中含有的微量金屬元素，通過化學氣相沉積技術(CVD)，直接在低軟化溫度玻璃上生長石墨烯-碳納米管復合物的薄膜，從而獲得高穩定性的透明導電玻璃。

背景技術

玻璃具有良好的透光性、較高的機械強度、高化學穩定性、低電導率、低熱導率、成本低廉等特點，是一種已經被廣泛應用在社會生活方方面面的傳統材料。而石墨烯由于室溫下載流子遷移率高、高比表面積、高熱導率、高強度、化學穩定性好等其他材料難以比擬的優勢。將石墨烯與玻璃完美結合，發展出一種新型復合材料-石墨烯玻璃，在繼承了玻璃透明性好、機械強度高等傳統優點的同時，又賦予了玻璃表面疏水、超高導電性和導熱性等優異特性。一方面能夠極大地提高玻璃產品的性能和科技附加值，推動玻璃產業的產品升級，另一方面能夠為石墨烯的產業化應用提供一條切實可行的途徑。

玻璃表面直接生長石墨烯存在的技術瓶頸為：玻璃自身催化碳前驅體裂解的能力很弱，碳前驅體主要依靠熱裂解，以至于石墨烯在玻璃表面的成核和生長都較為困難。已經發展的石墨烯玻璃制備技術目前主要存在的缺點在于玻璃表面生長得到石墨烯疇區一般在幾十到幾百納米，最大不過幾個微米，即使拼接成膜，表面面電阻仍然較高，從而實際上限制了石墨烯的優良導電性能，嚴重影響了石墨烯玻璃未來的產業化應用。

發明內容

本發明的目的是提供一種石墨烯-碳納米管復合玻璃的生長方法，以低軟化溫度玻璃(如普通的鈉鈣玻璃)為生長基底，利用玻璃中自身含有的金屬元素進行催化，直接一步生長得到石墨烯-碳納米管復合薄膜。其中碳納米管與石墨烯結合緊密，碳納米管可以幫助載流子跨越石墨烯的晶界進行傳輸，與之前的石墨烯玻璃制備方法相比，本發明制備出的石墨烯-碳納米管復合玻璃在透光性、導電性、導熱性等方面均能表現出更好的性能，而且更有利于解決石墨烯玻璃生產工藝與批量生產浮法玻璃工藝的兼容性問題。

為達到上述目的，本發明采用的技術方案為：

一種石墨烯-碳納米管復合玻璃的批量生長方法，所述方法包括以下步驟：

1)將低軟化溫度玻璃超聲清洗；

2)將清洗后的低軟化溫度玻璃置于高溫管式爐中，向反應腔內通入Ar和H₂，將反應腔升溫至990℃-1060℃；

3)低軟化溫度玻璃進行退火，待金屬元素被還原至玻璃表面后，向反應腔內通入碳源性氣體進行石墨烯-碳納米管復合薄膜生長，時間為0.5-5h；

4)石墨烯生長結束后，關閉碳源性氣體，溫度降至室溫后關閉Ar/H₂，即得到石墨烯-碳納米管復合玻璃。

在本發明中，低軟化溫度玻璃普通玻璃為包括鈉鈣玻璃、彩色玻璃在內的各種低軟化溫度玻璃，最終生長得到石墨烯-碳納米管復合玻璃面電阻可達到2.5kΩ/sq。

優選地，所述步驟1)中，將低軟化溫度玻璃依次置于丙酮、乙醇、去離子水中超聲清洗10分鐘，用氮氣吹干，完成低軟化溫度玻璃清洗。