[發(fā)明專利]單層石墨烯磁性復(fù)合膜的制備方法

在審

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• 申請日: 2019-04-23
• 公開（公告）號(hào): CN110148517A
• 公開（公告）日: 2019-08-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 苗中正;張立云;田華雨
• 申請（專利權(quán)）人: 鹽城師范學(xué)院
• 主分類號(hào): H01F41/02
• 分類號(hào): H01F41/02
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發(fā)明提供一種單層石墨烯磁性復(fù)合膜的制備方法。首先，制備單面選擇性氧化石墨烯材料，在氣液界面自組裝制備單層石墨烯薄膜；然后，往溶液底部緩慢注入氯化鐵和氯化亞鐵水溶液，鐵離子吸附于帶負(fù)電的含氧官能團(tuán)上；最后，再往溶液底部注入氫氧化鈉水溶液，在單層石墨烯的下表面反應(yīng)生成Fe₃O₄納米顆粒。本發(fā)明所述方法在單層石墨烯底部單面復(fù)合Fe₃O₄納米顆粒，F(xiàn)e₃O₄納米顆粒粒徑小且均勻地分布在石墨烯單一表面，使石墨烯具備超順磁性，成為良好的二維磁性材料，可應(yīng)用于分子器件、傳感器、藥物傳輸、環(huán)境水質(zhì)凈化等領(lǐng)域。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及石墨烯復(fù)合納米材料制備領(lǐng)域，尤其是一種單層石墨烯單面復(fù)合Fe₃O₄納米顆粒磁性薄膜的界面制備方法。

背景技術(shù)

石墨烯具有優(yōu)異的光學(xué)、電學(xué)、力學(xué)特性，在材料學(xué)、微納加工、能源、生物醫(yī)學(xué)和藥物傳遞等方面具有重要的應(yīng)用前景，被認(rèn)為是一種未來革命性的材料，已引起了全世界的關(guān)注。然而常規(guī)的石墨烯沒有帶隙，不具有磁性，限制了其在半導(dǎo)體工業(yè)以及自旋電子學(xué)器件的應(yīng)用。氧化石墨烯含有羥基、環(huán)氧基、羧基等官能團(tuán)而呈現(xiàn)半導(dǎo)體性質(zhì)，同時(shí)可以具有磁性。通過改變制備條件、參數(shù)等手段來增加含氧官能團(tuán)的數(shù)量對氧化石墨烯磁性的提高非常有限，遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到實(shí)用的要求，而且樣品一旦制備出來，其磁性便不能進(jìn)行方便的調(diào)控，成為制約其在自旋電子學(xué)方面應(yīng)用的瓶頸。四氧化三鐵具有優(yōu)異的磁性能和高的電導(dǎo)率，當(dāng)其粒徑小于30nm時(shí)將表現(xiàn)出超順磁性，在微波吸收材料、催化劑載體、細(xì)胞分離、磁記錄材料、磁流體、醫(yī)藥等領(lǐng)域均已有廣泛的應(yīng)用。運(yùn)用四氧化三鐵來改善石墨烯材料的磁性能，在吸附材料、電磁屏蔽、微波吸收、金屬防腐、隱身材料等方面具有極高的研究價(jià)值和非常廣闊的應(yīng)用前景。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供一種單層石墨烯磁性復(fù)合膜的制備方法。首先，制備單面選擇性氧化石墨烯材料，一面具備含氧基團(tuán)，一面沒有含氧基團(tuán)，即一面親水，一面憎水，在氣液界面自組裝制備單層石墨烯薄膜；然后，往溶液底部緩慢注入氯化鐵和氯化亞鐵水溶液，鐵離子吸附于帶負(fù)電的含氧官能團(tuán)上；最后，再往溶液底部注入氫氧化鈉水溶液，在單層石墨烯的下表面反應(yīng)生成Fe₃O₄納米顆粒。雖然石墨烯具有較強(qiáng)的化學(xué)與物理吸附作用，但尺寸較大的Fe₃O₄納米顆粒會(huì)在重力作用下離開石墨烯表面。

本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

單層石墨烯磁性復(fù)合膜的制備方法，包括如下步驟：

(1)運(yùn)用熔融鹽法將無水三氯化鐵與石墨混合加熱制備二階石墨插層化合物，采用氧化劑和濃酸對二階石墨烯插層化合物進(jìn)行氧化插層，加入過量雙氧水剝離碳層，得到單面選擇性氧化石墨烯材料；

(2)將單面選擇性氧化石墨烯材料放入水中攪拌，利用其特有的疏水親水性差異，疏水面向上接觸空氣，親水面在下接觸溶液，單面選擇性氧化石墨烯材料分散在氣液界面，自組裝成單層石墨烯薄膜；

(3)往溶液底部緩慢注入氯化鐵和氯化亞鐵水溶液，靜置，鐵離子吸附于帶負(fù)電的含氧官能團(tuán)上；

(4)往溶液底部注入氫氧化鈉水溶液，加熱，在單層石墨烯的下表面反應(yīng)生成Fe₃O₄納米顆粒，得到單層石墨烯單面復(fù)合Fe₃O₄納米顆粒磁性薄膜。

步驟(1)中的熔鹽法反應(yīng)溫度為400℃，反應(yīng)時(shí)間為4-6小時(shí)，無水三氯化鐵與石墨質(zhì)量比為5∶1。

步驟(1)中的氧化劑包括氯酸鹽、高氯酸鹽、高錳酸鹽、重鉻酸鹽，過氧化鈉，濃酸為濃硫酸或者濃硫酸與濃硝酸的混合物.氧化插層時(shí)間為4-48h，溫度為0-80℃。

步驟(1)中的雙氧水與三氯化鐵的反應(yīng)時(shí)間為1-4h，反應(yīng)溫度為室溫。