CN102543270A - 基于石墨烯的复合膜及其制备方法、导电电极及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例公开了一种基于石墨烯的复合膜，所述复合膜包括石墨烯薄膜层和丝蛋白薄膜层，所述石墨烯薄膜层固化结合于所述丝蛋白薄膜层的表面。本发明还公开了一种基于石墨烯的复合膜得制备方法、导电电极及其制备方法。本发明所获得的基于石墨烯的复合膜，其结合了石墨烯优良的光电性能以及丝蛋白薄膜优异的透光性能，不但具有良好的光电性能、透光性能和导热性能，还具有柔性度好、厚度薄等优点。同时，本发明所制备的复合薄膜工艺简单、原料资源丰富、成本低，丝蛋白基底与石墨烯导电填充材料分开加工，对丝蛋白基底的损害小。
Description
技术领域
本发明属于石墨烯材料技术领域，更具体地说，涉及一种基于石墨烯的复合膜及其制备方法、导电电极及其制备方法。
背景技术
目前，ITO(Indium-Tin Oxide)作为市场上主要的透明导电材料，被广泛的应用在薄膜太阳能电池等新兴领域。ITO具有大于90％的透光率、表面电阻达到10-30Ω/平方厘米、电子逸出能为～4.8eV。但是，铟资源的不足、复杂的制备工艺、对环境特别是酸性环境敏感、表面粗糙等使ITO的使用具有局限性；此外，ITO柔性差、易碎，当应用在触摸屏、柔性显示器等在具有弯曲的条件中时非常容易发生断裂，严重影响其性能。
石墨烯(Graphene)，又称单层石墨，是一种由碳原子以sp2杂化轨道组成六角型呈蜂巢晶格的平面薄膜，只有一个碳原子厚度的二维材料。石墨烯的迷人之处不仅在于它神奇的二维结构，还在于它所拥有的独特的物理性质。自从石墨烯被发现以来，引起了大量科学工作者的关注。至今，已发现石墨烯在电、光和磁等方面都具有的许多奇特的性质。石墨烯目前是世上最薄却也是最坚硬的纳米材料，它几乎是完全透明的，只吸收2.3％的光；导热系数高达5300W/m·K，高于碳纳米管和金刚石，常温下其电子迁移率超过15000cm2/V·s，又比纳米碳管或硅晶体高，而电阻率只约10-6Ω·cm，比铜或银更低，为目前世上电阻率最小的材料。将石墨烯良好的化学以及热稳定性、优异的拉伸性能、低接触电阻与有机材料结合，使石墨烯在有机电子器件中作为透明电极的应用具有非常大的优势及良好的前景，比如说：有机发光二级管、液晶显示屏、触摸屏、场效应管等。
蚕丝蛋白具有优异的成膜性质、蚕丝蛋白膜层具有优异的透光性能以及柔韧性，此外其良好的生物相容性、优异的机械性能以及可控的生物降解性能，已被广泛用于各个领域。蚕丝蛋白丰资源丰富，为今后将其广泛应用于光电领域奠定了坚实的基础。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明解决的技术问题是提供一种基于石墨烯的复合膜及其制备方法、导电电极及其制备方法，所获得的复合膜厚度薄、柔性好、成本低而且具有良好的光电性能、透光性能和导热性能。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案是这样实现的：一种基于石墨烯的复合膜，尤其是，所述复合膜包括石墨烯薄膜层和丝蛋白薄膜层，所述石墨烯薄膜层固化结合于所述丝蛋白薄膜层的表面。
相应地，本发明还提供了一种基于石墨烯的复合膜的制备方法，尤其是，包括如下步骤：
(1)制备石墨烯薄膜；
(2)制备丝蛋白薄膜；
(3)石墨细薄膜与丝蛋白薄膜复合，获得基于石墨烯的复合膜。
优选的，在上述基于石墨烯的复合膜的制备方法中，所述步骤(1)的制备方法具体实现如下：
(a)将氧化石墨烯溶液涂覆在硅片上，获得氧化石墨烯薄膜；
(b)将氧化石墨烯薄膜浸泡在氢碘酸溶液中进行还原，获得石墨烯薄膜。
优选的，在上述基于石墨烯的复合膜的制备方法中，所述步骤(a)中，所述氧化石墨烯溶液通过旋转涂覆方法涂覆在硅片上。
优选的，在上述基于石墨烯的复合膜的制备方法中，所述氧化石墨烯溶液的浓度为1.5mg/ml，所述旋转涂覆的转速为3000转/分钟。
优选的，在上述基于石墨烯的复合膜的制备方法中，所述步骤(2)的制备方法具体实现如下：
一、制备丝素蛋白溶液；
二、将丝素蛋白溶液涂抹于石墨烯薄膜的表面，干燥后获得形成于石墨烯表面的丝蛋白薄膜。
优选的，在上述基于石墨烯的复合膜的制备方法中，所述石墨烯薄膜的制备是在硅片上进行的，丝蛋白薄膜制备完成后，将石墨烯薄膜和丝蛋白薄膜从硅片上剥离，获得基于石墨烯的复合膜。
本发明还提供了一种导电电极的制备方法，尤其是，对上述的基于石墨烯的复合膜进行光刻处理，获得导电电极。
相应地，本发明还提供了一种导电电极，尤其是，所述导电电极是采用上述的方法获得的。
从上述的技术方案可以看出，本发明提供了一种基于石墨烯的复合膜，其结合了石墨烯优良的光电性能以及丝蛋白薄膜优异的透光性能，不但具有良好的光电性能、透光性能和导热性能，还具有柔性度好、厚度薄等优点。同时，本发明所制备的复合薄膜工艺简单、原料资源丰富、成本低，丝蛋白基底与石墨烯导电填充材料分开加工，对丝蛋白基底的损害小。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1本发明基于石墨烯的复合膜制备方法的方框图。
具体实施方式
下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明实施例公开了一种基于石墨烯的复合膜，其中，所述复合膜包括石墨烯薄膜层和丝蛋白薄膜层，所述石墨烯薄膜层固化结合于所述丝蛋白薄膜层的表面。
蚕丝蛋白不但具有优异的成膜性质和优异的透光性能，而且还具有良好的生物相容性、优异的机械性能以及可控的生物降解性能。蚕丝蛋白与石墨烯复合获得复合膜，不仅保留了石墨烯的良好的特性，还具有良好的柔性和很好的透光性，由于蚕丝蛋白薄膜可以做的很薄，可以降低丝蛋白薄膜基底的厚度。同时，由于蚕丝蛋白原料资源丰富、价格低、获取容易，可以降低复合膜的成本。
参图1所示，相应地，本发明实施例公开了一种基于石墨烯的复合膜的制备方法，其中，包括如下步骤：
(1)制备石墨烯薄膜；
(2)制备丝蛋白薄膜；
(3)石墨细薄膜与丝蛋白薄膜复合，获得基于石墨烯的复合膜。
上述制备方法简单，可以大量生产，而且由于丝蛋白薄膜和石墨烯薄膜分开加工，对丝蛋白基底的损害小。
上述制备方法中，可以先制备石墨烯薄膜，然后在石墨烯薄膜上涂覆丝素蛋白溶液，然后通过干燥获得丝蛋白薄膜；上述制备方法中还可以这样实现：先制备丝蛋白薄膜，然后再在丝蛋白薄膜上制备石墨烯薄膜。
优选的，所述步骤(1)的制备方法具体实现如下：
(a)将氧化石墨烯溶液涂覆在硅片上，获得氧化石墨烯薄膜；
(b)将氧化石墨烯薄膜浸泡在氢碘酸溶液中进行还原，获得石墨烯薄膜。
所述步骤(a)中，所述氧化石墨烯溶液通过旋转涂覆方法涂覆在硅片上。所述氧化石墨烯溶液的浓度优选为1.5mg/ml，所述旋转涂覆的转速优选为3000转/分钟。所述氧化石墨烯溶液还可以通过现有技术中的其他手段进行涂覆在硅片上，例如喷涂等方式，本发明中并不限制。
石墨烯薄膜的制备方法也并不限于上述手段，还可以通过化学气相沉积法等方法获取。
优选的，所述步骤(2)的制备方法具体实现如下：
一、制备丝素蛋白溶液；
二、将丝素蛋白溶液涂抹于石墨烯薄膜的表面，干燥后获得形成于石墨烯表面的丝蛋白薄膜。
优选的，在上述基于石墨烯的复合膜的制备方法中，所述石墨烯薄膜的制备是在硅片上进行的，丝蛋白薄膜制备完成后，将石墨烯薄膜和丝蛋白薄膜从硅片上剥离，获得基于石墨烯的复合膜。
通过剥离手段将基于石墨烯的复合膜从硅片上取下来，操作简单，对基于石墨烯的复合膜破坏性小。
本发明实施例还提供一种导电电极的制备方法，其中，对上述的基于石墨烯的复合膜进行光刻处理，获得导电电极。
本发明实施例还提供一种导电电极，其中，所述导电电极是采用上述的制备方法获得的。
由于复合膜的良好特性，由此所制备的导电电极也具有良好的柔性以及透光性能。
为了进一步说明本发明的技术方案，下面结合实施例对本发明优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明权利要求的限制。
石墨烯/丝蛋白复合膜以及导电电极的制备方法如下：
(1)用1.5mg/ml的氧化石墨烯溶液(乙醇∶水＝2∶1)在硅片上旋涂一层氧化石墨烯薄膜(转速：3000转/分钟)；
(2)将旋涂好的氧化石墨烯薄膜浸泡在氢碘酸溶液中进行还原，获得石墨烯薄膜；
(3)通过常规手段制备丝素蛋白溶液；
(4)在石墨烯薄膜表面滴加一定量的丝素蛋白溶液，风干后，在石墨烯薄膜表面形成丝蛋白薄膜，从而获得石墨烯/丝蛋白复合膜；
(5)将石墨烯/蚕丝蛋白复合薄膜从硅片表面剥离；
(6)对石墨烯/蚕丝蛋白复合薄膜进行光刻处理，获得导电电极。
综上所述，本发明优点在于：本发明提供的基于石墨烯的复合膜，其结合了石墨烯优良的光电性能以及丝蛋白薄膜优异的透光性能，不但具有良好的光电性能、透光性能和导热性能，还具有柔性度好、良好的机械性能和厚度薄等优点。同时，本发明所制备的复合薄膜工艺简单、原料资源丰富、成本低，丝蛋白基底与石墨烯导电填充材料分开加工，对丝蛋白基底的损害小。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
Claims (9)
1.一种基于石墨烯的复合膜，其特征在于，所述复合膜包括石墨烯薄膜层和丝蛋白薄膜层，所述石墨烯薄膜层固化结合于所述丝蛋白薄膜层的表面。
2.一种如权利要求1所述的基于石墨烯的复合膜的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)制备石墨烯薄膜；
(2)制备丝蛋白薄膜；
(3)石墨细薄膜与丝蛋白薄膜复合，获得基于石墨烯的复合膜。
3.根据权利要求2所述的基于石墨烯的复合膜的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)的制备方法具体实现如下：
(a)将氧化石墨烯溶液涂覆在硅片上，获得氧化石墨烯薄膜；
(b)将氧化石墨烯薄膜浸泡在氢碘酸溶液中进行还原，获得石墨烯薄膜。
4.根据权利要求3所述的基于石墨烯的复合膜的制备方法，其特征在于，所述步骤(a)中，所述氧化石墨烯溶液通过旋转涂覆方法涂覆在硅片上。
5.根据权利要求4所述的基于石墨烯的复合膜的制备方法，其特征在于，所述氧化石墨烯溶液的浓度为1.5mg/ml，所述旋转涂覆的转速为3000转/分钟。
6.根据权利要求2所述的基于石墨烯的复合膜的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)的制备方法具体实现如下：
一、制备丝素蛋白溶液；
二、将丝素蛋白溶液涂抹于石墨烯薄膜的表面，干燥后获得形成于石墨烯表面的丝蛋白薄膜。
7.根据权利要求6所述的基于石墨烯的复合膜的制备方法，其特征在于，所述石墨烯薄膜的制备是在硅片上进行的，丝蛋白薄膜制备完成后，将石墨烯薄膜和丝蛋白薄膜从硅片上剥离，获得基于石墨烯的复合膜。
8.一种导电电极的制备方法，其特征在于，对所述权利要求1至7任意一项所述的基于石墨烯的复合膜进行光刻处理，获得导电电极。
9.一种导电电极，其特征在于，所述导电电极是采用权利要求8所述的方法获得的。
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