[發(fā)明專利]基于石墨烯具有高附著力的復(fù)合結(jié)構(gòu)導(dǎo)電膜及其制備方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710886181.6
• 申請(qǐng)日: 2017-09-27
• 公開（公告）號(hào): CN107768023A
• 公開（公告）日: 2018-03-06
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 林榮銓
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 林榮銓
• 主分類號(hào): H01B13/00
• 分類號(hào): H01B13/00;H01B1/04;H01B5/14
• 代理公司: 廣州粵高專利商標(biāo)代理有限公司44102
• 代理人: 任重,單香杰

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及石墨烯復(fù)合材料領(lǐng)域，更具體地，涉及基于石墨烯具有高附著力的復(fù)合結(jié)構(gòu)導(dǎo)電膜及其制備方法。

背景技術(shù)

在平板顯示器和觸摸屏的制作過程中需要導(dǎo)電又透明的薄膜。目前使用最多的是氧化銦錫(ITO)薄膜，主要是因?yàn)樵摬牧系陌胁闹苽浜统赡すに嚩急容^成熟。ITO薄膜雖然有良好的導(dǎo)電性和透明性，但其造價(jià)高、柔性差、環(huán)境不友好(銦有劇毒)。所以研發(fā)能替代ITO的薄膜極為迫切。

石墨烯納米片由于其優(yōu)異的機(jī)械，光學(xué)，熱學(xué)和電學(xué)性能而引起了極大的關(guān)注，它們比碳納米管或AgNWs便宜，具有豐富的材料來源，大大提高了其實(shí)際應(yīng)用的可行性，現(xiàn)有的柔性曲面設(shè)備中用到的襯底材料多為聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯(PET)薄膜，PET大分子鏈結(jié)構(gòu)規(guī)整，結(jié)晶度較高，且分子中無強(qiáng)極性基團(tuán)，故其表面親和性較差。目前使用PET基材作為柔性襯底的石墨烯透明導(dǎo)電膜在經(jīng)過多次的彎曲形變時(shí)，石墨烯導(dǎo)電層出現(xiàn)一定程度的龜裂甚至從PET表面脫落，導(dǎo)致柔性設(shè)備功能失效，良率較低，這限制了石墨烯透明導(dǎo)電膜的進(jìn)一步應(yīng)用。目前對(duì)PET基材表面處理方法主要有表面涂覆法、表面氧化法、等離子體法、高能輻射等，但這均影響了PET的本體性能或無法達(dá)到長期改性效果。

目前石墨烯導(dǎo)電薄膜通常采用氧化還原溶液法，因?yàn)椴恍枰婵赵O(shè)備，能夠顯著降低成本，因此各國對(duì)該領(lǐng)域都在加緊研究。然而，氧化還原溶液法所得石墨烯為還原氧化石墨烯，其片層并不連續(xù)，為多層石墨烯片相互糅合組成的“碳餅”，此外，采用氧化還原溶液法制成的石墨烯膜存在無法充分降低薄膜電阻的問題，該還原氧化石墨烯膜與普通石墨薄膜電阻及透明度類似甚至低于現(xiàn)有ITO薄膜產(chǎn)品。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的要解決的技術(shù)問題在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)ITO薄膜的缺點(diǎn)，引入石墨烯和納米銀，在提高石墨烯附著力的同時(shí)，還提高薄膜導(dǎo)電率和透光率，提供基于石墨烯具有高附著力的復(fù)合結(jié)構(gòu)導(dǎo)電膜制備方法。

本發(fā)明還提供一種采用上述方法制備得到的基于石墨烯具有高附著力的復(fù)合結(jié)構(gòu)導(dǎo)電膜。

本發(fā)明的目的通過以下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)：

提供基于石墨烯具有高附著力的復(fù)合結(jié)構(gòu)導(dǎo)電膜制備方法，包括以下步驟：

S1.制備氧化石墨烯：采用改進(jìn)Hummers法制備氧化石墨烯；

S2.二次超聲分散：將步驟S1制備得到的氧化石墨烯溶于水中進(jìn)行二次的超聲分散處理，然后得到單層氧化石墨烯水溶液；

S3.PET膜處理：首先對(duì)PET膜采用物理刻蝕處理，得到表面凹凸不平的PET膜，清潔、干燥以后，再通過電暈方法在PET膜表面鍍上親水性基團(tuán)，得到處理后的PET膜；

S4.旋涂：對(duì)步驟S3中處理后的PET膜逐步旋涂聚甲基丙烯酸縮水甘油酯溶液、氧化石墨烯水溶液、AgNWs水溶液和氧化石墨烯水溶液，整個(gè)過程置于惰性氣體氛圍中，將制得薄膜干燥后，置于肼蒸汽中還原，反應(yīng)完用去離子水清洗，最終得到基于石墨烯的具有高附著力的復(fù)合結(jié)構(gòu)導(dǎo)電膜。

本發(fā)明步驟S1中采用改進(jìn)Hummers法制備得到的氧化石墨烯具備更多官能團(tuán)，相對(duì)較大的表面積，利于后續(xù)的復(fù)合反應(yīng)；步驟S2采用二次的超聲分散處理得到分散性較好的單層氧化石墨烯水溶液，在涂覆過程中能得到更均勻的膜，避免片層并不連續(xù)，為多層石墨烯片相互糅合組成的“碳餅”；步驟S3中通過物理刻蝕處理后，使薄膜表面變得粗糙不平，適當(dāng)?shù)拇植诙葘?duì)提高PET表面的粘附力是有效的，配合電暈更進(jìn)一步地提高附著力；步驟S4中采用旋涂工藝能有效控制膜厚，提高膜的均勻性，采用聚甲基丙烯酸縮水甘油酯溶液作為粘結(jié)劑，由于其本身含有氧、氮原子，不但可以和PET產(chǎn)生作用，很好的附著在PET表面，而且分子結(jié)構(gòu)中氧活性基團(tuán)也可以和石墨烯配位，使得這種結(jié)構(gòu)更加堅(jiān)固，導(dǎo)電部分創(chuàng)造性地采用石墨烯、納米銀、石墨烯三層結(jié)構(gòu)，由于連接和剪切效應(yīng)，該石墨烯夾層結(jié)構(gòu)可以更緊密的與納米銀接觸，有效的降低了電阻，在納米銀含量低的情況下，石墨烯起到連接納米銀的作用，從而顯著地降低了AgNWs使用量，減少了成本。

優(yōu)選地，步驟S2中第一次超聲分散的溫度為30~50℃、頻率為10000~25000 Hz、流速為1.0~4.0m³/h、循環(huán)攪拌速度為1000~2000r/min、超聲分散時(shí)間為0.5~2.0h；第二次超聲分散的溫度為30~50℃、頻率為18000~25000 Hz、流速為2.0~5.0m³/h、循環(huán)攪拌速度為1000~2000r/min、超聲分散時(shí)間為2~5h。

優(yōu)選地，步驟S2中所述氧化石墨烯水溶液濃度為0.1～0.5g/L。