CN104556003B - 一种石墨烯的保护掺杂方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种石墨烯的保护掺杂方法，具体步骤如下：将导电高分子单体及其基体成分通过浸泡、旋涂或者蒸发的方式，均匀地分散在石墨烯层的表面，得到载有导电高分子单体或者辅助分子的石墨烯层；将所述载有导电高分子单体或者辅助分子的石墨烯薄膜放入氧化剂酸性溶液中进行导电高分子薄膜的生长,即在石墨烯层上原位合成了导电高分子层。本发明使得石墨烯的导电性能提升的同时，对石墨烯的表面进行保护，使得石墨烯表面能够承受一定程度的刮擦和触摸，且能够保持较好的导电性能，从而大力促进石墨烯薄膜在多个领域的应用推广。
Description
技术领域
本发明涉及一种石墨烯的保护掺杂方法。
背景技术
石墨烯是sp2杂化碳原子按六角晶格排列而成的二维材料。独特的二维晶体结构，赋予石墨烯独特的性能。单层石墨烯的厚度为0.34nm，在很宽的波段内光吸收只有2.3％，本征载流子迁移率高达2.0×105cm2·V-1·s-1，这就使石墨烯本质上同时具备高透过率和良好的导电性，可作为透明导电材料。
目前石墨烯薄膜的制备方法主要有化学气相沉积法，该方法制备的石墨烯一般都在铜基底上无法直接使用，需转移到其他基底上才能更好的应用。转移过程会对石墨烯质量造成一定的损坏，使得石墨烯的方阻不能完全满足现有应用的需求，且由于石墨烯本身的厚度只有0.34nm,极易受到外界宏观机械力的损伤。因此，通过一定方法改善石墨烯的方阻以及保护石墨烯表面不受损伤，将会对石墨烯的应用带来非常重大的意义。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种使得石墨烯免受损伤的同时提高薄膜电学性能的石墨烯的保护掺杂方法。
本发明的目的是提供一种石墨烯的保护改性技术，即在石墨烯表面原位合成一层导电高分子物质，该层高分子层既有掺杂效果，同时又具有保护石墨烯的作用。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种石墨烯的保护掺杂方法，包括两种制备方法，其中一制备方法的具体步骤如下：
1.1)将导电高分子单体及其基体成分通过浸泡、旋涂或者蒸发的方式，均匀地分散在石墨烯层的表面，得到载有导电高分子单体或者辅助分子的石墨烯层；
1.2)将步骤1.1)中得到的所述载有导电高分子单体或者辅助分子的石墨烯薄膜放入氧化剂酸性溶液中进行导电高分子薄膜的生长，即可；
其中另一制备方法的具体步骤如下：
2.1)将氧化剂及其基体成分通过浸泡、提拉或者蒸发方式负载到石墨烯层的表面，得到负载有氧化剂的石墨烯层；
2.2)将步骤2.1)中得到的所述负载有氧化剂的石墨烯薄膜浸入到导电高分子单体溶液中进行导电高分子薄膜的生长，即可。
本发明的有益效果是：
本发明使得石墨烯的导电性能提升的同时，对石墨烯的表面进行保护，使得石墨烯表面能够承受一定程度的刮擦和触摸，且能够保持较好的导电性能，从而大力促进石墨烯薄膜在多个领域的应用推广。
在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。
进一步，在步骤1.2)或2.2)之后还包括将生长成的导电高分子薄膜浸入活化剂进行活化的步骤。
进一步，所述活化剂为异丙醇、盐酸、硝酸或硫酸中的任意一种或者两种以上的混合。
进一步，所述活化剂的浓度为0.01～2mo l/L。
进一步，所述导电高分子单体为苯胺、乙撑二氧噻吩、吡咯、噻吩、苯乙炔及其衍生物中的任意一种或者两种以上的混合。
进一步，所述基体成分包括聚乙烯醇(PVA)、聚氯乙稀(PVC)、聚碳酸酯(PC)、硅橡胶(SIR)、长链表面活性剂、硬脂酸或聚萘二甲酸乙二醇酯等中的任意一种或者两种以上的混合。
进一步，所述氧化剂为氯化铁，过硫酸铵，重铬酸钾、磷钼酸、2，3－二氯－5,6－二氰基苯醌、双氧水、烷基萘磺酸对甲苯磺酸铁或硫酸铁中的任意一种或者两种以上的混合。
进一步，所述导电高分子层由聚噻吩、聚吡咯、聚苯乙炔、聚乙撑二氧噻吩-聚苯乙烯磺酸盐、聚乙炔和聚苯胺高分子材料，及其上述高分子材料衍生物中的任意一种或两种以上的混合组成。
进一步，所述石墨烯层的层数为1～10层,优选为1-3层。
进一步，所述导电高分子层的厚度为1nm～5000nm，优选为10-500nm。
附图说明
图1为本发明石墨烯的保护掺杂方法的其中一流程示意图；
图2为本发明石墨烯的保护掺杂方法的其中另一流程示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
一种石墨烯的保护掺杂方法，包括两种制备方法，
如图1所示，其中一制备方法的具体步骤如下：
1.1)将导电高分子单体及其基体成分通过浸泡、旋涂或者蒸发的方式，均匀地分散在石墨烯层的表面，得到载有导电高分子单体或者辅助分子的石墨烯层；
1.2)将步骤1.1)中得到的所述载有导电高分子单体或者辅助分子的石墨烯薄膜放入氧化剂的酸性溶液中进行导电高分子薄膜的生长，即可。
在步骤1.2)之后还包括将生长成的导电高分子薄膜浸入活化剂进行活化的步骤。
图1中，1代表石墨烯层；2代表导电高分子单体及其基体成分；3代表氧化剂及活化剂溶液；4代表导电高分子层；A代表浸泡、旋涂或者蒸发等的方式；B代表导电高分子薄膜的生长过程，可以通过浸泡、蒸发氧化剂分子等方式合成；C代表导电高分子层的活化过程。
如图2所示，其中另一制备方法的具体步骤如下：
2.1)将氧化剂及其基体成分通过浸泡、提拉或者蒸发方式负载到石墨烯层的表面，得到负载有氧化剂的石墨烯层；
2.2)将步骤2.1)中得到的所述负载有氧化剂的石墨烯薄膜浸入到导电高分子单体溶液中进行导电高分子薄膜的生长，即可。
在步骤2.2)之后还包括将生长成的导电高分子薄膜浸入活化剂进行活化的步骤。
图2中，1代表石墨烯层；5代表氧化剂及其基体成分；6代表导电高分子单体及活化剂溶液；4代表导电高分子层；D代表浸泡、旋涂或者蒸发等的方式；E代表导电高分子薄膜的生长过程，可以通过浸泡、蒸发氧化剂分子等方式合成；F代表导电高分子层的活化过程。
以下通过几个具体的实施例以对本发明进行具体的说明。
实施例1
将苯胺及其聚乙烯醇通过浸泡方式，均匀地分散在方阻为350Ω/□、透过率为95％的石墨烯层的表面，浸泡的时间为3-5小时，取出后放入含有氧化剂过硫酸铵的酸性溶液中进行反应，12小时后取出，浸入0.01～2mo l/L的盐酸溶液中进行活化12-24小时。得到浅绿色的石墨烯/聚苯胺薄膜，测得方阻为215Ω/□，透过率为92％。
实施例2
将噻吩及其聚氯乙稀通过旋涂的方式，均匀地分散在方阻为350Ω/□、透过率为95％的石墨烯层的表面，旋涂的时间为3-5小时，取出后放入含有氧化剂氯化铁的酸性溶液中进行反应，12小时后取出，浸入0.01～2mol/L的硫酸溶液中进行活化12-24小时。得到浅绿色的石墨烯/聚噻吩薄膜，测得方阻为295Ω/□，透过率为92.5％。
实施例3
将吡咯及其聚碳酸酯通过蒸发的方式，均匀地分散在方阻为350Ω/□、透过率为95％的石墨烯层的表面，蒸发的时间为3-5小时，取出后放入含有氧化剂磷钼酸的酸性溶液中进行反应，12小时后取出，浸入0.01～2mo l/L的盐酸溶液中进行活化12-24小时。得到浅绿色的石墨烯/聚吡咯薄膜，测得方阻为280Ω/□，透过率为93.1％。
实施例4
将2，3－二氯－5,6－二氰基苯醌及其硅橡胶通过浸泡方式负载到方阻为350Ω/□、透过率为95％的石墨烯层的表面，浸泡的时间为3-5小时，取出后浸入到苯乙炔溶液中进行反应，12小时后取出，浸入0.01～2mol/L的异丙醇溶液中进行活化12-24小时。得到浅绿色的石墨烯/聚苯乙炔薄膜，测得方阻为297Ω/□，透过率为91.7％。
实施例5
将双氧水及其硬脂酸通过提拉方式负载到方阻为350Ω/□、透过率为95％的石墨烯层的表面，提拉的时间为3-5小时，取出后浸入到乙撑二氧噻吩溶液中进行反应，12小时后取出，浸入0.01～2mol/L的硝酸溶液中进行活化12-24小时。得到浅绿色的石墨烯/聚乙撑二氧噻吩薄膜，测得方阻为256Ω/□，透过率为90.8％。
实施例6
将硫酸铁及其聚萘二甲酸乙二醇酯通过浸泡方式负载到方阻为350Ω/□、透过率为95％的石墨烯层的表面，浸泡的时间为3-5小时，取出后浸入到苯胺溶液中进行反应，12小时后取出，浸入0.01～2mol/L的盐酸溶液中进行活化12-24小时。得到浅绿色的石墨烯/聚苯胺薄膜，测得方阻为215Ω/□，透过率为92％。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种石墨烯的保护掺杂方法，其特征在于,包括两种制备方法，其中一制备方法的具体步骤如下：
1.1)将导电高分子单体及基体成分通过浸泡、旋涂或者蒸发的方式，均匀地分散在石墨烯层的表面，得到载有导电高分子单体的石墨烯层；
1.2)将步骤1.1)中得到的所述载有导电高分子单体的石墨烯薄膜放入氧化剂酸性溶液中进行导电高分子薄膜的生长，将生长成的导电高分子薄膜浸入活化剂进行活化,即可；
其中另一制备方法的具体步骤如下：
2.1)将氧化剂及基体成分通过浸泡、提拉或者蒸发方式负载到石墨烯层的表面，得到负载有氧化剂的石墨烯层；
2.2)将步骤2.1)中得到的所述负载有氧化剂的石墨烯薄膜浸入到导电高分子单体溶液中进行导电高分子薄膜的生长，将生长成的导电高分子薄膜浸入活化剂进行活化,即可；
其中，所述导电高分子单体为苯胺、乙撑二氧噻吩、吡咯、噻吩、苯乙炔中的任意一种或者两种以上的混合；
所述氧化剂为氯化铁、过硫酸铵，重铬酸钾、磷钼酸、2，3－二氯－5,6－二氰基苯醌、双氧水、烷基萘磺酸对甲苯磺酸铁或硫酸铁中的任意一种或者两种以上的混合；
所述活化剂为异丙醇、盐酸、硝酸或硫酸中的任意一种或者两种以上的混合,所述活化剂的浓度为0.01～2mol/L；
所述基体成分包括聚乙烯醇、聚氯乙烯、聚碳酸酯、硅橡胶、长链表面活性剂或聚萘二甲酸乙二醇酯中的任意一种或者两种以上的混合。
2.根据权利要求1所述的石墨烯的保护掺杂方法，其特征在于：所述导电高分子薄膜由聚噻吩、聚吡咯、聚苯乙炔和聚苯胺高分子材料，及其上述高分子材料衍生物中的任意一种或两种以上的混合组成。
3.根据权利要求1所述的石墨烯的保护掺杂方法，其特征在于：所述石墨烯层的层数为1～10层。
4.根据权利要求1所述的石墨烯的保护掺杂方法，其特征在于：所述导电高分子薄膜的厚度为1nm～5000nm。
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