CN102102215A - 一种石墨烯-类金刚石碳复合薄膜的制备方法 - Google Patents

一种石墨烯-类金刚石碳复合薄膜的制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN102102215A
CN102102215A CN2009101177436A CN200910117743A CN102102215A CN 102102215 A CN102102215 A CN 102102215A CN 2009101177436 A CN2009101177436 A CN 2009101177436A CN 200910117743 A CN200910117743 A CN 200910117743A CN 102102215 A CN102102215 A CN 102102215A
Authority
CN
China
Prior art keywords
graphene
ammonium chloride
dimethyl ammonium
propyl group
alkyl dimethyl
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN2009101177436A
Other languages
English (en)
Inventor
阎兴斌
薛群基
杨娟
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Lanzhou Institute of Chemical Physics LICP of CAS
Original Assignee
Lanzhou Institute of Chemical Physics LICP of CAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Lanzhou Institute of Chemical Physics LICP of CAS filed Critical Lanzhou Institute of Chemical Physics LICP of CAS
Priority to CN2009101177436A priority Critical patent/CN102102215A/zh
Publication of CN102102215A publication Critical patent/CN102102215A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Carbon And Carbon Compounds (AREA)

Abstract

本发明公开了一种石墨烯-类金刚石碳复合薄膜的制备方法。该方法通过甲醇和聚二烯丙基-二甲基氯化铵修饰过的石墨烯为电解质前驱体，在氮气的保护下，回流冷凝，单晶硅片作阴极，铂片作为阳极通过直流高电压，电沉积石墨烯-类金刚石碳复合薄膜。本发明有望作为一种新型的电极材料在高效高寿命电池、电容器等领域得到应用。

Description

一种石墨烯-类金刚石碳复合薄膜的制备方法
技术领域
本发明涉及一种石墨烯-类金刚石碳复合薄膜的制备方法。
背景技术
作为非晶碳膜，类金刚石碳膜(简称DLC膜)的机械、光学、电学、化学和摩擦学特性类似于金刚石。类金刚石碳膜具有高硬度、抗磨损、化学惰性、低介电常数、宽光学带隙以及良好的生物相容性等特性，可以广泛应用于机械、电子、化学、军事和航空航天等领域。但由于它的低电导性限制其作为电极材料的应用。最近，石墨烯(GS)被广泛认为是一种良好的具有独特电学性质的物质，在作为良导体薄膜方面引起了极大的关注，然而液相电沉积制备的石墨烯薄膜易剥落也限制了它的发展。集合了类金刚石碳和石墨烯优秀性能为一身的复合膜，由于具有独特的功能和重要的应用价值，引起了人们的极大兴趣。
目前合成碳复合膜主要有化学气相沉积，物理气相沉积，聚合物热解法等，但普遍存在能耗高，设备昂贵，实验条件苛刻和产率低等问题，使其应用受到极大限制。孙卓等在《固体薄膜》上发表的利用聚合物先驱体热解技术制备出了碳纳米薄膜，为从事类金刚石碳薄膜制备研究的科研人员提供了一条崭新的道路。这种制备技术与传统的气相沉积技术相比具有易于进行元素的掺杂，设备简单。然而，目前国内外针对利用液相电沉积法制备石墨烯-类金刚石碳复合薄膜的研究还是空白。液相电化学沉积制备的复合膜具有可以批量生产，费用低，过程简单，产物纯度高和反应温度低等优点，是一种值得进一步深入研究的方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种成本低廉而且容易操作的石墨烯-类金刚石碳复合薄膜制备方法。
本发明石墨烯-类金刚石碳复合薄膜的制备是通过甲醇和聚二烯丙基-二甲基氯化铵修饰过的石墨烯为电解质前驱体，在氮气的保护下，回流冷凝，导电性较好的单晶硅片作阴极，铂片作为阳极通过直流高电压，电沉积石墨烯-类金刚石碳复合薄膜。结果可以通过对该碳复合薄膜的微观结构和成分测试得以证实。
一种石墨烯-类金刚石碳复合薄膜的制备方法，其特征在于该方法按照下列顺序步骤进行：
a将石墨烯和聚二烯丙基-二甲基氯化铵混合，在超声粉碎机中超声粉碎石墨烯，以促进石墨烯与聚二烯丙基-二甲基氯化铵的结合；
b将混合后的聚二烯丙基-二甲基氯化铵-石墨烯混合液用蒸馏水超声分散离心分离，然后再用甲醇溶液洗涤聚二烯丙基-二甲基氯化铵-石墨烯；将修饰后的聚二烯丙基-二甲基氯化铵-石墨烯的甲醇分散液在真空干燥获得聚二烯丙基-二甲基氯化铵-石墨烯粉末；
c将聚二烯丙基-二甲基氯化铵-石墨烯粉末分散在甲醇溶液中作为电解质，用具有导电性的单晶硅作阴极，铂片作阳极浸泡在电解液中，氮气保护，回流冷凝，恒压下进行电沉积，制成石墨烯-类金刚石碳复合薄膜。
本发明中，聚二烯丙基-二甲基氯化铵与石墨烯的质量比为0.25～0.5。
本发明中，将聚二烯丙基-二甲基氯化铵-石墨烯分散液置于离心机中分别在转速为300～500rpm和14000～16000rpm下处理，重复3～6次。
本发明中，用聚二烯丙基-二甲基氯化铵-石墨烯的甲醇分散液作为电解液，单晶硅片作为阴极，铂片作为阳极，在氮气的保护下，回流冷凝，控制温度在40～50℃，直流高电压1200～1600V，电沉积8～10h，从而制备出石墨烯-类金刚石碳复合薄膜。
用该方法制备复合薄膜具有与其它方法制备出的相同的性质和功能，在设备和技术上都具有可以进行批量生产的特点。
本发明的制备方法与化学气相沉积、化学气相沉积，物理气相沉积，聚合物热解法等方法相比较，设备和工艺过程简单，实验可控性好，制备成本低，产品易生产，纯度较高，有望作为一种新型的电极材料在高效高寿命电池、电容器等领域得到应用。
本发明制备的碳复合膜通过Raman光谱、透射电镜(TEM)和扫描电镜(SEM)证明该碳复合膜同时具有石墨烯和类金刚石碳的结构。
本发明的石墨烯-类金刚石碳复合薄膜有望作为一种新型的电极材料在高效高寿命电池、电容器等领域得到应用。
具体实施方式
实施例1：
称取0.6mg的GS，60mg的20wt％的PDDA加高纯水稀释到1wt％(GS和PDDA质量比为1∶2)，在超声粉碎机中超声粉碎30min，功率为600W。然后在离心机中分离过量的PDDA，首次离心转速300rpm保留上层浊液去除沉淀的物质，之后离心上层浊液加适量高纯水转速16000rpm，去除上层清液沉淀物加高纯水进行微波超声10min，功率200W，重复分离超声3次之后，用甲醇代替高纯水重复工作3次，将最终离心分离出的GS-PDDA加入500ml无水甲醇中，配置成0.005mg/ml的混合液，作为有机前驱体。称量120ml的GS-PDDA甲醇混合液置于三口瓶中，50℃水浴加热，回流冷凝，在氮气的保护下加压1600V，沉积8～10h。生成均用的GS-DLC碳复合薄膜。
实施例2：
称取1.5mg的GS，50mg的20wt％的PDDA加高纯水稀释到1wt％(GS和PDDA的质量比为1∶4)，超声粉碎机中超声粉碎30min，功率为600W。然后在离心机中分离过量的PDDA，首次离心转速500rpm保留上层浊液去除沉淀的物质，之后离心上层浊液加适量高纯水转速15000rpm，去除上层清液沉淀物加高纯水进行微波超声10min，功率200W，重复分离超声3次之后，用甲醇代替高纯水重复工作2次，将最终离心分离出的GS-PDDA加入300ml无水甲醇中，配置成0.005mg/ml的混合液，将配制好的0.005mg/ml的GS-PDDA甲醇混合液加甲醇稀释到0.0001mg/ml，在微波超声机中超声分散10min，功率200W。然后将其作为有机前驱体置于120ml到三口瓶中，50℃水浴加热，回流冷凝，在氮气的保护下加电压1600V，沉积8-10h。生成均用的GS-DLC碳复合薄膜。
利用两种不同浓度配比的GS-PDDA甲醇混合液制备的GS-DLC碳复合膜进行Raman光谱分析发现，二者的峰形有明显的差异，相对与纯GS膜出现了DLC的特征峰；扫描电镜分析GS-PDDA碳复合膜和纯石墨烯膜的结构，可以明显看出复合膜片上有DLC颗粒沉积；透射电镜分析复合膜内部结构，对比纯石墨烯结构，含有DLC碳颗粒的复合膜明显的衍射结晶分析减弱，证实了存在DLC碳颗粒的非晶结构。

Claims (4)

1.一种石墨烯-类金刚石碳复合薄膜的制备方法，其特征在于该方法按照下列顺序步骤进行：
a将石墨烯和聚二烯丙基-二甲基氯化铵混合，在超声粉碎机中超声粉碎石墨烯，以促进石墨烯与聚二烯丙基-二甲基氯化铵的结合；
b将混合后的聚二烯丙基-二甲基氯化铵-石墨烯混合液用蒸馏水超声分散离心分离，然后再用甲醇溶液洗涤聚二烯丙基-二甲基氯化铵-石墨烯；将修饰后的聚二烯丙基-二甲基氯化铵-石墨烯的甲醇分散液在真空干燥获得聚二烯丙基-二甲基氯化铵-石墨烯粉末；
c将聚二烯丙基-二甲基氯化铵-石墨烯粉末分散在甲醇溶液中作为电解质，用单晶硅作阴极，铂片作阳极浸泡在电解液中，氮气保护，回流冷凝，恒压下进行电沉积，制成石墨烯-类金刚石碳复合薄膜。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于聚二烯丙基-二甲基氯化铵与石墨烯的质量比为0.25～0.5。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于将聚二烯丙基-二甲基氯化铵-石墨烯分散液置于离心机中分别在转速为300～500rpm和14000～16000rpm下处理，重复3～6次。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于用聚二烯丙基-二甲基氯化铵-石墨烯的甲醇分散液作为电解液，单晶硅片作为阴极，铂片作为阳极，在氮气的保护下，回流冷凝，控制温度在40～50℃，直流高电压1200～1600V，电沉积8～10h。
CN2009101177436A 2009-12-18 2009-12-18 一种石墨烯-类金刚石碳复合薄膜的制备方法 Pending CN102102215A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN2009101177436A CN102102215A (zh) 2009-12-18 2009-12-18 一种石墨烯-类金刚石碳复合薄膜的制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN2009101177436A CN102102215A (zh) 2009-12-18 2009-12-18 一种石墨烯-类金刚石碳复合薄膜的制备方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN102102215A true CN102102215A (zh) 2011-06-22

Family

ID=44155267

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN2009101177436A Pending CN102102215A (zh) 2009-12-18 2009-12-18 一种石墨烯-类金刚石碳复合薄膜的制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN102102215A (zh)

Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102323300A (zh) * 2011-07-18 2012-01-18 浙江大学 一种聚电解质和石墨烯复合电阻型湿敏元件及其制作方法
CN102817057A (zh) * 2012-08-02 2012-12-12 上海交通大学 氧化石墨烯/导电聚合物复合镀层及其制备方法
CN103646789A (zh) * 2013-12-20 2014-03-19 哈尔滨工业大学 一种石墨烯-铂超级电容器复合电极材料的制备方法
CN104195512A (zh) * 2014-09-10 2014-12-10 苏州大学 在介电材料上直接生长石墨烯的方法
JP2015508373A (ja) * 2011-12-05 2015-03-19 ダイヤモンド イノベイションズ インコーポレーテッド グラフェンを用いたｐｃｄの焼結を改善する方法
CN105304355A (zh) * 2015-11-05 2016-02-03 上海应用技术学院 一种利用有机物电解法制备二氧化锰/碳微球电极的方法
CN108486619A (zh) * 2018-05-08 2018-09-04 江西理工大学 氧化石墨烯-钴纳米晶-类金刚石薄膜的制备方法
CN108840322A (zh) * 2018-07-10 2018-11-20 杭州高烯科技有限公司 一种发泡碳膜及其制备方法
CN110683532A (zh) * 2018-07-04 2020-01-14 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 一种提高cvd石墨烯薄膜耐蚀性的方法
US20220115633A1 (en) * 2019-02-26 2022-04-14 Xerion Advanced Battery Corporation Ultrafast electroplating of carbon as a coating agent for lithium ion battery applications

Cited By (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102323300A (zh) * 2011-07-18 2012-01-18 浙江大学 一种聚电解质和石墨烯复合电阻型湿敏元件及其制作方法
JP2015508373A (ja) * 2011-12-05 2015-03-19 ダイヤモンド イノベイションズ インコーポレーテッド グラフェンを用いたｐｃｄの焼結を改善する方法
CN102817057A (zh) * 2012-08-02 2012-12-12 上海交通大学 氧化石墨烯/导电聚合物复合镀层及其制备方法
CN102817057B (zh) * 2012-08-02 2016-07-06 上海交通大学 氧化石墨烯/导电聚合物复合镀层及其制备方法
CN103646789B (zh) * 2013-12-20 2016-06-15 哈尔滨工业大学 一种石墨烯-铂超级电容器复合电极材料的制备方法
CN103646789A (zh) * 2013-12-20 2014-03-19 哈尔滨工业大学 一种石墨烯-铂超级电容器复合电极材料的制备方法
CN104195512A (zh) * 2014-09-10 2014-12-10 苏州大学 在介电材料上直接生长石墨烯的方法
CN105304355A (zh) * 2015-11-05 2016-02-03 上海应用技术学院 一种利用有机物电解法制备二氧化锰/碳微球电极的方法
CN108486619A (zh) * 2018-05-08 2018-09-04 江西理工大学 氧化石墨烯-钴纳米晶-类金刚石薄膜的制备方法
CN110683532A (zh) * 2018-07-04 2020-01-14 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 一种提高cvd石墨烯薄膜耐蚀性的方法
CN110683532B (zh) * 2018-07-04 2021-01-01 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 一种提高cvd石墨烯薄膜耐蚀性的方法
CN108840322A (zh) * 2018-07-10 2018-11-20 杭州高烯科技有限公司 一种发泡碳膜及其制备方法
US20220115633A1 (en) * 2019-02-26 2022-04-14 Xerion Advanced Battery Corporation Ultrafast electroplating of carbon as a coating agent for lithium ion battery applications
US11901542B2 (en) * 2019-02-26 2024-02-13 Xerion Advanced Battery Corporation Ultrafast electrodeposition of carbon as a coating agent for lithium ion battery applications

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN102102215A (zh) 一种石墨烯-类金刚石碳复合薄膜的制备方法
CN106629724B (zh) 一种氮掺杂多孔炭、制备方法及其作为超级电容器电极材料的应用
Chen et al. Facile synthesis of few-layer graphene from biomass waste and its application in lithium ion batteries
JP5950935B2 (ja) 非晶質炭素被覆酸化グラフェン複合材料の製造方法及び非晶質炭素被覆酸化グラフェン複合材料の使用
Li et al. Hierarchical micro-/mesoporous carbon derived from rice husk by hydrothermal pre-treatment for high performance supercapacitor
Aghazadeh et al. A facile route to preparation of Co 3 O 4 nanoplates and investigation of their charge storage ability as electrode material for supercapacitors
Iyyamperumal et al. Vertically aligned BCN nanotubes with high capacitance
Li et al. Advanced composite 2D energy materials by simultaneous anodic and cathodic exfoliation
CN102760866B (zh) 氮掺杂石墨烯的制备方法
CN103253659B (zh) 一种超声波剥离石墨制备石墨烯的方法
CN102757036B (zh) 多孔石墨烯的制备方法
Liu et al. Electrochemically reduced graphene oxide with porous structure as a binder-free electrode for high-rate supercapacitors
CN103451670B (zh) 一种石墨烯的电化学制备法
Chen et al. Facile fabrication of nanoporous BCN with excellent charge/discharge cycle stability for high-performance supercapacitors
CN102849731A (zh) 一种氮掺杂石墨烯水凝胶及其制备方法和应用
CN103466608A (zh) 一种石墨烯的球磨制备法
CN105118688A (zh) 一种细菌纤维素/活性碳纤维/石墨烯膜材料的制备方法及其应用
CN106672954A (zh) 一种液相剥离制备石墨烯二维材料的方法
CN110517900B (zh) 一种超级电容器用氮掺杂低温碳纳米纤维电极材料的制备方法
Zhu et al. Carbon cloth supported graphitic carbon nitride nanosheets as advanced binder-free electrodes for supercapacitors
CN104240792A (zh) 高氮掺杂石墨烯与超薄MoSe2纳米片的复合材料及其制备方法
Lv et al. Gallium Nitride Based Electrode for High‐Temperature Supercapacitors
CN102923693A (zh) 石墨烯的表面改性处理方法
Zheng et al. Synthesis of dragon fruit tree-like hierarchical NiCo2O4 growth on carbon cloth and its supercapacitive performance
Děkanovský et al. Universal Capacitance Boost—Smart Surface Nanoengineering by Zwitterionic Molecules for 2D MXene Supercapacitor

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C02 Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001)
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20110622