[發(fā)明專利]一種高強(qiáng)石墨烯膜及其制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810753273.1
• 申請日: 2018-07-10
• 公開（公告）號: CN108821263B
• 公開（公告）日: 2020-02-07
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 高超;彭蠡;劉一晗;郭燕
• 申請（專利權(quán)）人: 杭州高烯科技有限公司;浙江大學(xué)
• 主分類號: C01B32/184
• 分類號: C01B32/184;C01B32/194
• 代理公司: 33200 杭州求是專利事務(wù)所有限公司
• 代理人: 黃歡娣;邱啟旺

本發(fā)明公開了一種超薄高強(qiáng)度石墨烯膜及其制備方法，該石墨烯膜由氧化石墨烯經(jīng)真空過濾成膜、化學(xué)還原、固相轉(zhuǎn)移、金屬噴涂、中溫碳化、綠氣氯化、高溫石墨化等步驟得到。該薄膜整體為石墨烯結(jié)構(gòu)，片層間有大量層間交聯(lián)結(jié)構(gòu)。整體薄膜厚度為20?50nm。此石墨烯膜電導(dǎo)率可控、強(qiáng)度可調(diào)，可用作高強(qiáng)導(dǎo)電器件。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及高性能納米材料及其制備方法，尤其涉及一種超薄高強(qiáng)石墨烯膜及其制備方法。

背景技術(shù)

2010年，英國曼徹斯特大學(xué)的兩位教授Andre GeiM和Konstantin Novoselov因?yàn)槭状纬晒Ψ蛛x出穩(wěn)定的石墨烯獲得諾貝爾物理學(xué)獎，掀起了全世界對石墨烯研究的熱潮。石墨烯有優(yōu)異的電學(xué)性能(室溫下電子遷移率可達(dá)2×10⁵cM²/Vs)，突出的導(dǎo)熱性能(5000W/(MK)，超常的比表面積(2630M²/g)，其楊氏模量(1100GPa)和斷裂強(qiáng)度(125GPa)。石墨烯優(yōu)異的導(dǎo)電導(dǎo)熱性能完全超過金屬，同時石墨烯具有耐高溫耐腐蝕的優(yōu)點(diǎn)，而其良好的機(jī)械性能和較低的密度更讓其具備了在電熱材料領(lǐng)域取代金屬的潛力。

宏觀組裝氧化石墨烯或者石墨烯納米片的石墨烯膜是納米級石墨烯的主要應(yīng)用形式，常用的制備方法是抽濾法、刮膜法、旋涂法、噴涂法和浸涂法等。通過進(jìn)一步的高溫處理，能夠修補(bǔ)石墨烯的缺陷，能夠有效的提高石墨烯膜的導(dǎo)電性和熱導(dǎo)性，可以廣泛應(yīng)用于智能手機(jī)、智能隨身硬件、平板電腦、筆記本電腦等隨身電子設(shè)備中去。

但是，因?yàn)檫吘壢毕莸拇嬖冢由鲜娱g作用力弱，高溫?zé)Y(jié)過的石墨烯膜一般強(qiáng)度都不太高，小于100MPa，不利于其實(shí)際應(yīng)用。另外，石墨烯層間交聯(lián)結(jié)構(gòu)和金剛石結(jié)構(gòu)類似，對導(dǎo)熱沒有損傷，不會嚴(yán)重影響石墨烯膜的導(dǎo)熱性能。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種高強(qiáng)石墨烯膜及其制備方法。

本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：一種超薄高強(qiáng)石墨烯膜，所述薄膜的厚度為20-50nm，透明度為0-80％可調(diào)，石墨烯層間交聯(lián)，交聯(lián)度在1-5％；所述交聯(lián)度為sp3碳的含量(質(zhì)量百分?jǐn)?shù))。

一種超薄高強(qiáng)石墨烯膜的制備方法，包含如下步驟：

(1)將氧化石墨烯配制成濃度為0.5-10ug/mL氧化石墨烯水溶液，抽濾成膜。

(2)將貼附于抽濾基底的氧化石墨烯膜置于密閉容器中，80-100度HI高溫從底部往上熏蒸0.1-1h。

(3)將融化的固體轉(zhuǎn)移劑均勻涂敷在還原氧化石墨烯膜表面，并于室溫下緩慢冷卻，直至薄膜和基底分離。

(4)對步驟3處理后的還原氧化石墨烯膜進(jìn)行加熱處理，使得固體轉(zhuǎn)移劑升華或者揮發(fā)；

(5)用磁控濺射的方式在化學(xué)還原的石墨烯膜表面噴涂一層金屬鈦，鉬或者鈷等金屬。濺射的金屬納米粒子的摩爾量不大于石墨烯膜中碳原子摩爾量的30％。

(6)800-1200攝氏度下將濺射有金屬的石墨烯膜進(jìn)行氯化處理，金屬納米粒子以氯化物形式逸散。

(7)氯化后的石墨烯膜2000度高溫處理，得到層間交聯(lián)的石墨烯膜。

進(jìn)一步地，所述的固體轉(zhuǎn)移劑，選自如下物質(zhì)，例如石蠟、萘、三氧化二砷、樟腦、硫、降冰片烯、松香等可在某種條件下升華或者揮發(fā)的不溶于水的小分子固態(tài)物質(zhì)。

進(jìn)一步地，所述的固體轉(zhuǎn)移劑的升華溫度要控制在320度以下。

進(jìn)一步地，氯化過程中氯氣含量0.5-10％，時間為0.1-4h。

進(jìn)一步地，2000度高溫過程升溫過程如下：1500攝氏度以下，5-20攝氏度每分鐘；1500攝氏度以上，2-5攝氏度每分鐘。