CN102021573B - 贵金属-石墨烯双层复合导电膜的自组装制备方法 - Google Patents

贵金属-石墨烯双层复合导电膜的自组装制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明为一种贵金属-石墨烯双层复合导电膜的自组装制备方法，它是以贵金属离子或配离子、氧化石墨烯为原料，通过溶剂诱导自组装方法得到的贵金属-石墨烯双层复合导电膜。双层复合导电膜的贵金属层、石墨烯层及整体膜的厚度可以通过贵金属离子溶液、氧化石墨烯溶液的浓度和体积进行调控，双层复合导电膜中银层与石墨烯层的导电性可以调控。本发明提供了一种稳定、可靠的贵金属-石墨烯双层复合导电膜制备方法。本发明提供的贵金属-石墨烯双层复合导电膜可用于电子器件。

Description

贵金属-石墨烯双层复合导电膜的自组装制备方法
所属技术领域
本发明涉及贵金属与还原氧化石墨烯导电复合材料技术，特别是贵金属-石墨烯双层复合导电膜及其制备方法。
背景技术
石墨烯是继富勒烯，碳纳米管之后被科学家们发现的又一种新的碳元素结构形态，是一种新型二维平面纳米材料，其特殊的单原子层结构决定了它具有丰富而新奇的物理性质。石墨烯是一种没有能隙的物质，显示金属性，具有优良的导电性能；石墨烯中的空穴和电子相互分离，导致新的电子传导现象产生，如：量子霍尔效应。石墨烯表现出来的一系列奇特的电子和物理特性，在分子电子学、微纳米器件、超高速计算机芯片、高转换效率电池、固态气敏传感器、氢储存等领域有着重要的应用前景。同时，由于其优良的机械和光电性质，结合其特殊的单原子层平面二维结构及其高比表面积，可以制备基于石墨烯的各种柔性电子器件和功能复合材料。由于石墨烯具有性能优异、成本低廉、可加工性好等众多优点，人们普遍预测石墨烯在电子、信息、能源、材料和生物医药等领域具有重大的应用前景，可望在21世纪掀起一场新的技术革命。
目前，石墨烯薄膜及还原氧化石墨烯薄膜的制备方法主要有：(1)微孔过滤法；(2)LB成膜法；(3)化学气相沉积法。其中LB成膜法是将单片石墨烯在液面上进行自组装，得到的膜为超薄石墨烯膜，大面积制备宏观的石墨烯膜。化学气相沉积法因设备要求高，成本高，且结构难以控制。微孔过滤法，过程简单、易于控制，但所得石墨烯薄膜与滤膜基体有较强的作用，很难使薄膜与基体分离。以上方法所得的薄膜，都是组分单一的石墨烯薄膜，目前还未见多组分，特别是多组分复合，但各组分又分离的金属-石墨烯薄膜报道。
发明内容
本发明的目的是提供一种贵金属-石墨烯双层复合导电膜及其自组装制备方法，以氧化石墨烯和贵金属盐或配合物为原料，在多种溶液中分散，再将分散液转移到其他基体上，通过溶剂蒸发诱导自组装过程，再经过还原处理，得到贵金属-石墨烯双层复合导电膜。本发明所制备的贵金属-石墨烯双层复合导电膜具有良好的导电性及一定的强度，贵金属层、石墨烯层及膜的整体厚度可控，形状与尺度可以通过剪裁进行调节。本发明制备方法可靠、操作简单、成本低、工艺稳定且易于放大。本发明所制备的贵金属-石墨烯双层复合导电膜可以在不同基底上自组装，当在聚四氟乙烯基底上自组装时，贵金属-石墨烯双层复合导电膜可以剥离，得到无支撑的贵金属-石墨烯双层复合导电膜
本发明中的贵金属-石墨烯双层复合导电膜自组装准备方法，技术方案如下：
1、将配制好的单层石墨烯分散液与贵金属贵金属盐或配合物水溶液及分散剂按一定比例混合均匀。
2、将混合好的混合液转移到需要的基底上，移入到20-80℃烘箱中，蒸发溶剂至成膜。
3、将所得到的膜用肼蒸汽处理24小时，得到贵金属-石墨烯双层复合导电膜。
上述石墨烯分散液分散液的溶剂为水、甲醇、乙醇、异丙醇、丙酮、N，N-二甲基甲酰胺、四氢呋喃等溶剂，贵金属为银、金、铂、钯、铱、钌、铑等贵金属。
上述自组装形成的贵金属-石墨烯双层复合导电膜尺度调节，根据基底的大小实现。
上述自组装形成的贵金属-石墨烯双层复合导电膜厚度调节，通过石墨烯分散液与贵金属贵金属盐或配离子水溶液的浓度和体积实现。
本发明所得复合膜如附图，图1是本发明所得无支撑的银-石墨烯双层复合导电膜的照片，其中图a是复合膜的银面，图b是折叠的复合膜，图c是复合膜的石墨烯面。图2是发明所得无支撑的银-石墨烯双层复合导电膜的扫描电子显微镜图，其中图a是银层的扫描电子显微镜图，图b是石墨烯层的扫描电子显微镜图，图c复合膜截面的扫描电子显微镜图。
本发明有如下优点：制备方法可靠、操作简单；贵金属-石墨烯双层复合导电膜具有良好的导电性及一定的强度；贵金属层、石墨烯层及膜的整体厚度可控，形状与尺度可以通过剪裁进行调节；贵金属-石墨烯双层复合导电膜可以在不同基底上自组装，也可以根据需要，与基底剥离，得到无支撑的贵金属-石墨烯双层复合导电膜；本发明制备的贵金属-石墨烯双层复合导电膜成本低、工艺稳定且易于放大。
具体实施方式
实施例1：取1mL硝酸银水溶液(5mg/mL)和8mL氧化石墨烯乙醇分散液(2mg/mL)混合，再加入0.1mL分散剂溶液(0.1mg/mL)，超声分散10分钟，将混合液转移到玻璃基底上。在50℃温度下恒温蒸发溶剂成膜，将所得膜用肼蒸汽处理24小时，得到银-石墨烯双层复合导电膜。
实施例2：取2mL硝酸银溶液(5mg/mL)和7mL氧化石墨烯水分散液(2mg/mL)混合，再加入0.2mL分散剂(0.1mg/mL)，超声分散10分钟，将混合液转移到聚四氟乙烯基底上。在30℃温度下恒温蒸发溶剂成膜，将所得膜用肼蒸汽处理24小时，得到银-石墨烯双层复合导电膜。
实施例3：取6mL银氨溶液(5mg/mL)和3mL氧化石墨烯甲醇分散液(2mg/mL)混合，再加入0.05mL分散剂(0.1mg/mL)，超声分散10分钟，将混合液转移到多晶硅片基底上。在50℃温度下恒温蒸发溶剂成膜，将所得膜用肼蒸汽处理24小时，得到银-石墨烯双层复合导电膜。
实施例4：取3mL银氨溶液(5mg/mL)水溶液和6mL氧化石墨烯水分散液(2mg/mL)混合，不加入分散剂，超声分散10分钟，将混合液转移到聚四氟乙烯基底上。在35℃温度下恒温蒸发溶剂成膜，将所得膜用肼蒸汽处理24小时，得到银-石墨烯双层复合导电膜。
实施例5：取7mL硝酸铂(5mg/mL)水溶液和2mL氧化石墨烯N，N-二甲基甲酰胺分散液(2mg/mL)混合，再加入0.1mL分散剂(0.1mg/mL)，超声分散10分钟，将混合液转移到聚苯乙烯基底上。在70℃温度下恒温蒸发溶剂成膜，将所得膜用肼蒸汽处理24小时，得到铂-石墨烯双层复合导电膜。
实施例6：取1mL硝酸四氨合铂(5mg/mL)水溶液和8mL氧化石墨烯丙酮分散液(2mg/mL)混合，再加入分散剂，超声分散10分钟，将混合液转移到单晶硅片基底上。在30℃温度下恒温蒸发溶剂成膜，将所得膜用肼蒸汽处理24小时，得到铂-石墨烯双层复合导电膜。
实施例7：取7mL氯铂酸(5mg/mL)水溶液和2mL氧化石墨烯水分散液(2mg/mL)混合，再加入0.1mL分散剂(0.1mg/mL)，超声分散10分钟，将混合液转移到多晶硅片基底上。在40℃温度下恒温蒸发溶剂成膜，将所得膜用肼蒸汽处理24小时，得到铂-石墨烯双层复合导电膜。
实施例8：取8mL氯金酸(5mg/mL)溶液和1mL氧化石墨烯水分散液(2mg/mL)混合，再加入0.2mL分散剂(0.1mg/mL)，超声分散10分钟，将混合液转移到SBS基底上。在60℃温度下恒温蒸发溶剂成膜，将所得膜用肼蒸汽处理24小时，得到金-石墨烯双层复合导电膜。
实施例9：取2mL四氯化钯(5mg/mL)溶液和7mL氧化石墨烯乙醇分散液(2mg/mL)混合，再加入0.05mL分散剂(0.1mg/mL)，超声分散10分钟，将混合液转移到聚四氟乙烯基底上。在40℃温度下恒温蒸发溶剂成膜，将所得膜用肼蒸汽处理24小时，得到钯-石墨烯双层复合导电膜。
实施例10：取8mL硝酸钯(5mg/mL)溶液和1mL氧化石墨烯水溶液(2mg/mL)混合，再加入0.1mL分散剂(0.1mg/mL)超声分散10分钟，将混合液转移到聚甲基丙烯酸甲脂基底上。在70℃温度下恒温蒸发溶剂成膜，将所得膜用肼蒸汽处理24小时，得到钯-石墨烯双层复合导电膜。
实施例11：取3mL硝酸四氨合钯(5mg/mL)溶液和6mL氧化石墨烯丙酮分散液(2mg/mL)混合，不加入分散剂，超声分散10分钟，将混合液转移到聚四氟乙烯基底上。在20℃温度下恒温蒸发溶剂成膜，将所得膜用肼蒸汽处理24小时，得到钯-石墨烯双层复合导电膜。
实施例12：取8mL氯钯酸(5mg/mL)溶液和1mL氧化石墨烯异丙醇分散液(2mg/mL)混合，再加入0.1mL分散剂(0.1mg/mL)超声分散10分钟，将混合液转移到聚甲基丙烯酸甲脂基底上。在70℃温度下恒温蒸发溶剂成膜，将所得膜用肼蒸汽处理24小时，得到钯-石墨烯双层复合导电膜。
实施例13：取8mL四氯化铱(5mg/mL)溶液和1mL氧化石墨烯水溶液(2mg/mL)混合，再加入0.05mL分散剂(0.1mg/mL)，超声分散10分钟，将混合液转移到聚四氟乙烯基底上。在40℃温度下恒温蒸发溶剂成膜，将所得膜用肼蒸汽处理24小时，得到铱-石墨烯双层复合导电膜。
实施例14：取8mL氯铱酸(5mg/mL)溶液和1mL氧化石墨烯N，N-二甲基甲酰胺分散液(2mg/mL)混合，再加入0.2mL分散剂(0.1mg/mL)超声分散10分钟，将混合液转移到单晶硅片基底上。在80℃温度下恒温蒸发溶剂成膜，将所得膜用肼蒸汽处理24小时，得到铱-石墨烯双层复合导电膜。
实施例15：取8mL四氯化钌(5mg/mL)溶液和1mL氧化石墨烯水分散液(2mg/mL)混合，再加入0.1mL分散剂(0.1mg/mL)，超声分散10分钟，将混合液转移到多晶硅片基底上。在50℃温度下恒温蒸发溶剂成膜，将所得膜用肼蒸汽处理24小时，得到钌-石墨烯双层复合导电膜。
实施例16：取8mL四氯化铑(5mg/mL)溶液和1mL氧化石墨烯四氢呋喃分散液(2mg/mL)混合，不加入分散剂，超声分散10分钟，将混合液转移到SBS基底上。在40℃温度下恒温蒸发溶剂成膜，将所得膜用肼蒸汽处理24小时，得到银-石墨烯双层复合导电膜。
实施例17：取8mL氯铑酸(5mg/mL)溶液和1mL氧化石墨烯异丙醇分散液(2mg/mL)混合，再加入0.05mL分散剂(0.1mg/mL)，超声分散10分钟，将混合液转移到聚苯乙烯基底上。在60℃温度下恒温蒸发溶剂成膜，将所得膜用肼蒸汽处理24小时，得到银-石墨烯双层复合导电膜。
实施例18：取8mL硝酸铑(5mg/mL)溶液和1mL氧化石墨烯丙酮分散液(2mg/mL)混合，再加入0.1mL分散剂(0.1mg/mL)，超声分散10分钟，将混合液转移到聚四氟乙烯基底上。在20℃温度下恒温蒸发溶剂成膜，将所得膜用肼蒸汽处理24小时，得到银-石墨烯双层复合导电膜。

Claims (3)

1.一种贵金属-石墨烯双层复合导电膜的自组装制备方法，其特征在于：将贵金属前驱体溶液、氧化石墨烯分散液、分散剂或不加入分散剂按一定比例混合，将混合液转移到基底上，经蒸发溶剂、自组装后，再用肼蒸汽处理24小时；所述贵金属-石墨烯双层复合导电膜的组分按重量比为：贵金属5％-80％、氧化石墨烯5％-95％、分散剂0-0.1％；所述的贵金属前驱体溶液中的贵金属前驱体为贵金属的盐离子或氯、氨配位离子或它们的混合离子溶液；所述的石墨烯分散液的溶剂为水、甲醇、乙醇、异丙醇、丙酮、四氢呋喃、N，N-二甲基甲酰胺或它们的混合溶液；所述蒸发溶剂的温度范围为20-80℃。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征为所述贵金属为银、金、铂、钯、铱、钌或铑。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征为所述基底为二氧化硅、单晶硅片、多晶硅片或高分子聚合物。
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