CN102515560A - 一种制备石墨烯/Ag复合导电薄膜的方法 - Google Patents

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本发明属于无机功能材料技术领域,特指一种制备石墨烯/Ag复合导电薄膜的方法,以氧化石墨烯/银溶胶为前驱体,采用提拉法、热处理后得到透明导电薄膜。本发明的优点在于采用提拉法,通过控制氧化石墨烯与Ag溶胶体积配比改变前驱体粘度和控制提拉次数实现对薄膜厚度、透光性和导电性的调控,此法程序简单,易于操作。

Description

一种制备石墨烯/Ag复合导电薄膜的方法
技术领域
本发明属于无机功能材料技术领域,特指一种制备石墨烯/Ag复合导电薄膜的方法,以氧化石墨烯/银溶胶为前驱体,采用提拉法、热处理后得到透明导电薄膜。
背景技术
石墨烯( Graphene)是单原子厚度的二维碳原子晶体,被认为是富勒烯、碳纳米管( CNT )和石墨的基本结构单元,自从2004年Science报道能简单的通过摩擦法刮下第一片二维独立石墨片以来,此领域掀起了类似于纳米碳管出现时的研究热潮;石墨烯薄膜被认为是石墨烯走向实际应用的一条有效途径,透明导电石墨烯薄膜在新型电子器件方面有很大的应用前景;目前,很多方法被尝试用来制备石墨烯薄膜,如基于有机多环芳烃的化学气相沉积工艺、基于单片层的电子束刻蚀工艺、基于真空抽滤薄膜的剪裁工艺和基于静电吸附的自组装工艺,但都难以实现对薄膜性质的有效控制;通常情况下,导电性能越好的石墨烯薄膜其厚度越大(即含碳量越高),但是透过率会降低。
提拉法是制备无机薄膜的一种常用方法,但是水溶性石墨烯粘度较低,无法采用提拉法制膜;本发明提出以氧化石墨烯/Ag溶胶为前驱体,不仅可以克服提拉法制膜的工艺瓶颈,而且由于Ag的引入,可以在保证透光率的前提下有效提高薄膜的导电性,目前尚未有相关报道。
发明内容
本发明的目的在于以氧化石墨烯/Ag溶胶为前驱体,采用提拉工艺制备透明导电薄膜。
一种制备石墨烯/Ag复合导电薄膜的方法,所用原料为:氧化石墨烯、AgNO3(分析纯)、NaBH4(分析纯)、聚二烯丙基二甲基胺盐酸盐(PDDA、分析纯)、H2O2(分析纯)、H2SO4(分析纯)。  
制备工艺为:
(1)将氧化石墨烯配置成浓度为0.1mg/mL悬浮液并超声至均匀分散。
(2)将硝酸银与PDDA分别溶于去离子水中,配置成浓度分别为0.9mmol/mL和3.6mmol/mL的溶液,将两种溶液搅拌混合均匀,控制混合溶液中硝酸银与PDDA的摩尔比为1:4-12;按硝酸银与硼氢化钠摩尔比为1:3-6的比例配置浓度为3.6mmol/mL的硼氢化钠水溶液;在强烈搅拌下,将混合液滴加入硼氢化钠还原液,室温下反应30-60min,获得纳米银溶胶。
(3)将氧化石墨烯水溶液与纳米Ag/PDDA溶胶混合后,室温超声振荡20-60min,得到氧化石墨烯/Ag前驱体。
(4)    将石英基片浸于H2O2/H2SO4(V/V 3:7)的混合液中预处理30-100min后,用
去离子水清洗后于干燥箱中在80℃干燥1h或用氮气吹干。
(5)    将预处理过的石英基片浸入氧化石墨烯/Ag溶胶前驱体中0.5-3min后以
5mm/min速度提拉,静置2min后,至于真空炉中氩气保护下400℃处理10min取出。
(6)    重复过程(5)可制备多层复合薄膜。
(7)    将所得复合薄膜置于管式炉中于300-800℃,氢气/氩气(体积比1;2)混
合气体中热处理2h,即可得到石墨烯/银复合薄膜。
步骤(2)中硝酸银与PDDA摩尔比为1:6-8为佳;硝酸银与硼氢化钠摩尔比为1:3-4为佳。
步骤(3)中氧化石墨烯水溶液与纳米Ag/PDDA溶胶体积比为1:1-1.5为佳。
步骤(5)中预处理过的石英基片在氧化石墨烯/Ag溶胶前驱体中浸渍1-1.5min为佳。
步骤(7)中温度控制550-650℃为佳。
本发明的优点在于采用提拉法,通过控制氧化石墨烯与Ag溶胶体积配比改变前驱体粘度和控制提拉次数实现对薄膜厚度、透光性和导电性的调控,此法程序简单,易于操作。
具体实施方式
实施例1
首先将新制的30mL氧化石墨烯与40mL纳米Ag/PDDA溶胶混合后超声30min,得到氧化石墨烯/Ag前驱体;将石英基片浸于热的H2O2/H2SO4(V/V 3:7)的混合液中40min预处理后,用去离子水清洗后用氮气吹干;将预处理过的石英基片浸入氧化石墨烯/Ag溶胶前驱体中1min后以5mm/min速度提拉,静置2min后,至于真空炉中氩气保护下400℃处理10min取出;重复此浸渍-热处理过程4次,得到氧化石墨烯/Ag复合薄膜;将所得复合薄膜置于管式炉中于600℃,氢气/氩气(体积比1:2)混合气体中热处理2h,即可得到石墨烯/银复合薄膜,所得薄膜500nm处透过率为75%,薄膜方块电阻为3.78 k                                                -1
所述纳米Ag/PDDA溶胶的制备方法如下:首先将硝酸银与PDDA按摩尔比为1:6分别溶于去离子水中,配置成10mL浓度为0.9mmol/mL硝酸银水溶液和15mL 浓度为3.6mmol/mL的PDDA水溶液;然后按硝酸银与硼氢化钠摩尔比为1:4的比例将硼氢化钠溶于去离子水中,配置10mL浓度为3.6mmol/mL的还原液;在磁力搅拌下,将硝酸银/PDDA混合液滴加入硼氢化钠还原液中,室温下反应40min,获得纳米银溶胶。
实施例2
首先将新制的30mL氧化石墨烯与45mL纳米Ag/PDDA溶胶混合后超声60min,得到氧化石墨烯/Ag前驱体;将石英基片浸于热的H2O2/H2SO4(V/V 3:7)的混合液中预处理80min后,用去离子水清洗后用氮气吹干;将预处理过的石英基片浸入氧化石墨烯/Ag溶胶前驱体中1min后以5mm/min速度提拉,静置2min后,至于真空炉中氩气保护下400℃处理10min取出;重复此浸渍-热处理过程6次,得到氧化石墨烯/Ag复合薄膜;将所得复合薄膜置于管式炉中于800℃,氢气/氩气(体积比1:2)混合气体中热处理2h,即可得到石墨烯/银复合薄膜,所得薄膜500nm处透过率为68%,薄膜方块电阻为1.99 k
Figure 996724DEST_PATH_IMAGE001
-1
所述纳米Ag/PDDA溶胶的制备方法如下:首先将硝酸银与PDDA按摩尔比为1:8分别溶于去离子水中,配置成10mL浓度为0.9mmol/mL硝酸银水溶液和20mL 浓度为3.6mmol/mL的PDDA水溶液;然后按硝酸银与硼氢化钠摩尔比为1:4的比例将硼氢化钠溶于去离子水中,配置10mL浓度为3.6mmol/mL的还原液;在磁力搅拌下,将硝酸银/PDDA混合液滴加入硼氢化钠还原液中,室温下反应30min,获得纳米银溶胶。
实施例3
首先将新制的30mL氧化石墨烯与30mL纳米Ag/PDDA溶胶混合后超声20min,得到氧化石墨烯/Ag前驱体;将石英基片浸于热的H2O2/H2SO4(V/V 3:7)的混合液中30min预处理后,用去离子水清洗后用氮气吹干;将预处理过的石英基片浸入氧化石墨烯/Ag溶胶前驱体中3min后以5mm/min速度提拉,静置2min后,至于真空炉中氩气保护下400℃处理10min取出;重复此浸渍-热处理过程6次,得到氧化石墨烯/Ag复合薄膜;将所得复合薄膜置于管式炉中于400℃,氢气/氩气(体积比1:2)混合气体中热处理2h,即可得到石墨烯/银复合薄膜,所得薄膜500nm处透过率为62%,薄膜方块电阻为1.56 k
Figure 329617DEST_PATH_IMAGE001
-1
所述纳米Ag/PDDA溶胶的制备方法如下:首先将硝酸银与PDDA按摩尔比为1:4分别溶于去离子水中,配置成10mL浓度为0.9mmol/mL硝酸银水溶液和10mL 浓度为3.6mmol/mL的PDDA水溶液;然后按硝酸银与硼氢化钠摩尔比为1:6的比例将硼氢化钠溶于去离子水中,配置15mL浓度为3.6mmol/mL的还原液;在磁力搅拌下,将硝酸银/PDDA混合液滴加入硼氢化钠还原液中,室温下反应30min,获得纳米银溶胶。

Claims (5)

1.一种制备石墨烯/Ag复合导电薄膜的方法,其特征在于包括如下步骤;
将氧化石墨烯配置成浓度为0.1mg/mL悬浮液并超声至均匀分散;
(2)将硝酸银与PDDA分别溶于去离子水中,配置成浓度分别为0.9mmol/mL和3.6mmol/mL的溶液,将两种溶液搅拌混合均匀,控制混合溶液中硝酸银与PDDA的摩尔比为1:4-12;按硝酸银与硼氢化钠摩尔比为1:3-6的比例配置浓度为3.6mmol/mL的硼氢化钠水溶液;在强烈搅拌下,将混合液滴加入硼氢化钠还原液,室温下反应30-60min,获得纳米银溶胶;
(3)将氧化石墨烯水溶液与纳米Ag/PDDA溶胶混合后,室温超声振荡20-60min,得到氧化石墨烯/Ag前驱体;
将石英基片浸于H2O2/H2SO4(V/V 3:7)的混合液中预处理30-100min后,用
去离子水清洗后于干燥箱中在80℃干燥1h或用氮气吹干;
将预处理过的石英基片浸入氧化石墨烯/Ag溶胶前驱体中0.5-3min后以
5mm/min速度提拉,静置2min后,至于真空炉中氩气保护下400℃处理10min取出;
(6)重复过程(5)可制备多层复合薄膜;
将所得复合薄膜置于管式炉中于300-800℃,氢气/氩气(体积比1;2)混
合气体中热处理2h,即可得到石墨烯/银复合薄膜。
2.如权利要求1所述的一种制备石墨烯/Ag复合导电薄膜的方法,其特征在于:步骤(2)中硝酸银与PDDA摩尔比为1:6-8;硝酸银与硼氢化钠摩尔比为1:3-4。
3.如权利要求1所述的一种制备石墨烯/Ag复合导电薄膜的方法,其特征在于:步骤(3)中氧化石墨烯水溶液与纳米Ag/PDDA溶胶体积比为1:1-1.5。
4.如权利要求1所述的一种制备石墨烯/Ag复合导电薄膜的方法,其特征在于:步骤(5)中预处理过的石英基片在氧化石墨烯/Ag溶胶前驱体中浸渍1-1.5min。
5.如权利要求1所述的一种制备石墨烯/Ag复合导电薄膜的方法,其特征在于:步骤(7)中温度控制550-650℃。
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