[發明專利]石墨烯柔性復合層及其制備方法和應用

在審

• 申請號: 202010067783.0
• 申請日: 2020-01-20
• 公開（公告）號: CN111874893A
• 公開（公告）日: 2020-11-03
• 發明（設計）人: 袁凱杰;吳海林;張謙;馮雪
• 申請（專利權）人: 烯旺新材料科技股份有限公司
• 主分類號: C01B32/186
• 分類號: C01B32/186;C01B32/194
• 代理公司: 北京植德律師事務所 11780
• 代理人: 冉晶;唐華東

本申請公開了一種石墨烯柔性復合層及其制備方法和應用。所述石墨烯柔性復合層依次包括第一石墨烯薄膜層、第一金屬襯底、非金屬襯底、第二金屬襯底和第二石墨烯薄膜層。石墨烯柔性復合層的制備方法，包括步驟一：將第一金屬襯底?非金屬襯底?第二金屬襯底柔性復合層置于卷對卷連續生長設備的從動輥和主動輥上，和步驟二：在第一金屬襯底?非金屬襯底?第二金屬襯底柔性復合層上卷對卷連續生長石墨烯。石墨烯柔性復合層可應用于電磁屏蔽、抗靜電、導電、導熱產品中，還可提高制備石墨烯薄膜的生產率。

技術領域

本公開涉及石墨烯及其制備方法和應用，尤其是一種石墨烯柔性復合層及其制備方法和應用。

背景技術

現有石墨烯卷對卷連續生長工藝，采用單層金屬襯底進行石墨烯的連續生長，主要包括三個步驟：①首先將金屬襯底卷(例如銅箔)放入進料艙，牽引金屬襯底穿過生長室，與收集艙的收卷輥相連；然后關閉反應腔室，抽真空至一定壓力下，然后通入惰性氣體(例如氬氣)，并開啟升溫程序，升溫至目標溫度；②進入恒溫階段，通入碳源氣體(例如甲烷)，開啟電機使收卷輥轉動，從而使得金屬襯底持續運行通過生長室再卷繞到收卷輥，恒溫一定時間；③生長結束，關閉碳源氣體，繼續通惰性氣體使設備冷卻至室溫，取出收卷料。收卷料即表面生長石墨烯的石墨烯/金屬襯底卷。

現有技術制備的石墨烯/金屬襯底是兩面都生長有石墨烯的金屬襯底，在應用時常常需要將金屬襯底上的石墨烯轉移至合適的基底表面。圖1顯示了目前常見的石墨烯轉移流程：將石墨烯/金屬襯底的一面與基底貼合，再去除另一面的石墨烯和其它污染物；然后將金屬襯底完全刻蝕，從而將石墨烯轉移至基底。通過該示意圖能夠明顯地看出，石墨烯-金屬復合材料上只有一面的石墨烯能有效轉移，而另一面在轉移過程中被廢棄。

發明內容

本公開要解決的技術問題是，一方面，現有石墨烯/金屬襯底只能有效轉移部分石墨烯，生產效率較低；另一方面，提供一種新型石墨烯柔性復合層，可有效提高石墨烯轉移量，還可用于電磁屏蔽、抗靜電、導電、導熱產品中。

本發明人將兩層金屬襯底之間夾設非金屬襯底制得的第一金屬襯底-非金屬襯底-第二金屬襯底柔性復合層(簡稱“復合層襯底”)作為初始襯底，復合層襯底經過生長室時，石墨烯僅在復合層襯底的裸露金屬面生長，而不在金屬襯底與非金屬襯底的貼合面生長，從而得到石墨烯柔性復合層。生長結束后，分離石墨烯柔性復合層中的兩層金屬襯底，可對金屬襯底上的石墨烯分別進行轉移應用。本發明人采用復合層襯底進行卷對卷連續生長，使得石墨烯柔性復合層兩面生長得到的石墨烯都得到了有效利用。

具體來說，本公開提出了如下技術方案：

一方面，本公開的一些實施方式提供了一種石墨烯柔性復合層，所述石墨烯柔性復合層依次包括第一石墨烯薄膜層、第一金屬襯底、非金屬襯底、第二金屬襯底和第二石墨烯薄膜層。

本公開的一些實施方式中，所述非金屬襯底的厚度為30～200μm；

優選地，所述非金屬襯底為石墨紙，更優選地，所述石墨紙的含碳量為99.90wt.％以上。

本公開的一些實施方式中，所述第一金屬襯底和/或第二金屬襯底的厚度為5～105μm，優選地，所述第一金屬襯底和/或第二金屬襯底的厚度為20～30μm；

更優選地，所述第一金屬襯底和第二金屬襯底為相同或不同的過渡金屬襯底，更優選地，所述過渡金屬選自鎳、鈷、鐵、鉑、金、鉻、銅、錳、鉬、釕、鉭、鈦、鎢中的一種或任意兩種或兩種以上組成的合金；更優選地，所述過渡金屬選自銅或鎳或其合金。

本公開的一些實施方式中，所述第一石墨烯薄膜層和/或第二石墨烯薄膜層為單層碳原子石墨烯或雙層碳原子石墨烯，優選地，所述第一石墨烯薄膜層和第二石墨烯薄膜層為單層碳原子石墨烯。

另一方面，本公開提供了石墨烯柔性復合層的制備方法或一種石墨烯的制備方法，包括以下步驟：