[發明專利]一種制備石墨烯/石墨烯混雜薄膜的方法

在審

• 申請號: 201810813590.8
• 申請日: 2018-07-23
• 公開（公告）號: CN108996496A
• 公開（公告）日: 2018-12-14
• 發明（設計）人: 王沙沙;李宜彬;彭慶宇;赫曉東
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: C01B32/194
• 分類號: C01B32/194
• 代理公司: 哈爾濱龍科專利代理有限公司 23206
• 代理人: 高媛

本發明公開了一種制備石墨烯/石墨烯混雜薄膜的方法，所述方法步驟如下：一、在平整的銅板上鋪上一層聚乙烯薄膜；二、將氧化石墨烯溶液與石墨烯粉體混合，用乙醇溶液進行稀釋，制備得到混雜溶液；三、將氧化石墨烯/石墨烯混雜溶液均勻的刮涂在銅基底上；四、將刮涂薄膜的銅板放在加熱臺上進行加熱，待氧化石墨烯/石墨烯混雜溶液干燥成膜后，取下銅板，冷卻至室溫；五、重復步驟三與步驟四，進行層層刷涂，得到氧化石墨烯/石墨烯混雜薄膜；六、將氧化石墨烯/石墨烯混雜薄膜裁剪成模具尺寸大小，放入石墨模具中，在真空環境下進行熱壓燒結。本發明制備的石墨烯薄膜具有金屬光澤，有一定的柔性，導電導熱性能良好。

技術領域

本發明涉及一種混雜薄膜材料的制備方法，具體涉及一種利用氧化石墨烯優良分散性，在內部加入結晶性良好的石墨烯，制備出厚度可調的薄膜并改善石墨烯薄膜的導電導熱性能的方法。

背景技術

隨著產品集成化程度的提高，電子器件越來越向微型化、超薄化及可穿戴化發展。目前市場上可見的超薄筆記本電腦厚度均在15mm以下，且重量都不超過2 kg；現今較為常見的手機電池厚度在3~5mm之間，部分主打超薄機身的手機電池甚至會控制在2.5mm左右；而各種可穿戴產品的研發更是降低了產品的質量和厚度。在厚度限制下，為確保功能的正常使用，需要在有限的空間內設計產品功能，因此要求在同樣的模塊下可實現多項功能共同作用。

石墨烯的原子排列與石墨的單原子層相同，是碳原子以sp²雜化軌道按照蜂巢晶格排列構成的單層二維晶體。石墨烯的C-C骨架是由σ鍵骨架參與構成，在這個骨架上下分布有成對的電子云，這種成鍵形式和苯環的成鍵模式完全一樣。石墨烯的特殊結構決定了其獨特的性質。石墨烯最令人驚奇是其特殊的的電子性質，由于理想石墨烯的能帶結構是完全對稱的錐形價帶和導帶對稱地分布在費米能級上下，導帶和價帶之間存在狄拉克點，因此石墨烯屬于零帶隙半導體。從根本上說，石墨烯（層數為1、2或3）中許多電子行為類似于二維電子氣，質量只有自由電子的1/10。因此石墨烯具有極高的載流子傳輸性能，室溫下載流子遷移率大于15 000cm².V^-1.s^-1，該遷移率基本不受溫度影響，且最大可達200 000cm².V^-1.s^-1。在熱學方面，石墨烯的導熱性能主要取決于其中的聲子傳輸，石墨烯的室溫熱導率為（4.84±0.44）×10³~（5.30±0.48）×10³ W. m^-1. K^-1，完美晶體的理論熱導率可達6000 W. m^-1. K^-1以上。

石墨烯海綿與石墨烯薄膜是石墨烯應用的兩種常見宏觀體，其中石墨烯薄膜由于尺寸優勢，有望應用于超薄電子領域，實現有限體積內散熱屏蔽一體化的作用。常見的石墨烯薄膜制備方法有化學沉積法、真空抽濾法、靜電吸附法、噴墨印刷法、涂覆法、蒸發法、邁耶棒法等。化學氣相沉積法制備的石墨烯薄膜結晶性好，但厚度有所限制，當基底完全覆蓋后薄膜無法繼續形成，而真空抽濾法等利用液相氧化石墨烯為原料制備的薄膜在后續干燥過程中若厚度過厚，干燥過程中會產生大量的氣泡，影響薄膜均勻性，降低薄膜性能，因此液相氧化石墨烯制備得到的薄膜厚度有限，目前大部分薄膜的厚度僅為10 μm左右。

目前提高石墨烯薄膜的熱導率與電導率的方法主要有通過高溫高壓提高石墨烯的結晶程度與石墨烯片層間的致密度。氧化石墨烯薄膜經過2000℃處理后熱導率可達1100W. m^-1. K^-1，經過3000℃以上石墨化高溫處理后熱導率可提高到2000 W. m^-1. K^-1。

發明內容