[發明專利]一種獨立自支撐人工納米石墨膜的制備方法

在審

• 申請號: 202010566967.1
• 申請日: 2020-06-19
• 公開（公告）號: CN111547716A
• 公開（公告）日: 2020-08-18
• 發明（設計）人: 王良;方曉;王紀乾
• 申請（專利權）人: 天津單從新材料科技有限公司
• 主分類號: C01B32/205
• 分類號: C01B32/205
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開了一種人工納米石墨膜的制備方法，該石墨膜表面平整，垂直方向無分層現象。本方案通過在基底上離心旋涂、低溫亞胺化、中溫碳化剝離以及高溫石墨化得到。離心旋涂得到水平方向良好取向的氧化石墨烯聚酰亞胺混合薄膜、低溫亞胺化得到定型的依附于基底的薄膜材料、中溫下基底物界面層揮發并配合碳膜收縮進行剝離、高溫下最終得到高石墨化納米碳膜。該薄膜具有均勻的厚度結構，可控的水平尺寸和垂直厚度，可以廣泛應用于納米材料領域，例如導熱、導電、光吸收、藥物探測等。

技術領域

本發明涉及納米材料制備方法，尤其涉及一種獨立自支撐人工納米石墨膜的制備方法。

背景技術

自從石墨烯發現以來，二維納米材料在聲學、力學、熱學、光學等領域得到了充分發展。但是高質量單層二維材料的可加工性、轉移性較差，特別是其在某些領域少層結構不能表現出足夠的通量等，因此需要體相二維材料彌補此方面的不足。同時材料厚度需要控制在一定范圍內，以保證其和基底材料具有良好的可貼敷性。

目前納米厚度體相二維材料的制備方法主要有CVD法和化學組裝剝離法。但是CVD方法制備得材料厚度不可控，需要長時間的剝離過程和昂貴的成本，同時面臨金屬離子的污染問題?；瘜W組裝法簡單快捷，材料厚度均勻，但是其表面均勻性受到多孔基底平整性以及孔徑大小的影響；且其厚度較小，不適用于高厚納米薄膜的制備。常規純化學還原過的納米石墨烯膜在100nm以上的厚度，在高溫碳化或者石墨化過程中便會形成層離結構。為了避免層離結構的出現，其常規方法為增加氧化石墨烯表面官能團含量或者增加空洞缺陷，使得氣體可以及時的逸散。而純可石墨化聚合物基的納米薄膜，一方面不能雙向拉伸，因此其高溫石墨化后結晶度低；另一方面其和基底脫離后無均勻的束縛力作用，會使得材料整體收縮嚴重，產生明顯的褶皺，不能保證材料的整體均勻性和平整性。因此需要一種保證材料結晶度、平整性以及垂直方向致密性的方案。

發明內容

本發明的目的是克服現有技術的不足，提供一種獨立自支撐人工納米石墨膜的制備方法。

本發明的目的是通過以下技術方案實現的：一種獨立自支撐人工納米石墨膜的制備方法，其特征在于，所述人工納米石墨膜的厚度為100~280nm；該方法至少包括：將氧化石墨烯和可石墨化高分子混合后，涂敷在一基底上，成膜后進行進行熱處理： 1-10攝氏度每分鐘升溫到400-600度，并維持1-4小時； 1-10攝氏度真空下每分鐘升溫到700-1600攝氏度，并維持0.1-2h；1-20攝氏度每分鐘升溫到2000-2300攝氏度，維持2-4小時，然后1-20攝氏度每分鐘升溫到2800-3200攝氏度，維持0.5-2小時。所述基底表面具有一可揮發涂層，所述可揮發涂層是指在700-1600攝氏度下多晶可揮發或者分解的多晶納米涂層，可揮發涂層的厚度為20 nm以下。

進一步地，所述氧化石墨烯和可石墨化高分子的質量比為1：0.5-10。

進一步地，所述可石墨化高分子包括聚酰亞胺、聚丙烯腈、瀝青等。

進一步地，所述成膜方法為將氧化石墨烯和可石墨化高分子混合的混合溶液進行旋涂、刮涂或離心噴涂。

進一步地，所述多晶可揮發涂層為氧化硅、氧化鍺、二硼化鎂（850）、二硼化鋁（1650）以及二維材料金屬硫化物等。

本發明的有益效果在于：其一，本發明利用氧化石墨烯二維材料性質，誘導可石墨化高分子進行石墨化或者取向排列，避免了常規可石墨化高分子的拉伸過程；其二，線性分子的加入，避免了石墨烯對氣體逸散的屏蔽作用，可以靈活調整和控制材料厚度。