CN104609398B - 一种双层连续石墨烯薄膜卷材的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种双层连续石墨烯薄膜卷材的制备方法，属于石墨烯制备技术领域。双层连续石墨烯薄膜卷材的制备方法包括：首先，将相邻的生长有石墨烯的铜箔薄片利用导电胶连接，形成连续的铜箔薄片；柔性目标载体一面涂覆光固化胶，然后将柔性目标载体涂有光固化胶的一面与连续的铜箔薄片的一面压合并使光固化胶固化；利用电化学剥离法进行剥离，获得单层连续石墨烯薄膜卷材；然后，通过静电发生器使单层连续石墨烯薄膜卷材带负电荷；然后将带电的单层连续石墨烯薄膜卷材的石墨烯层与铜箔薄片的石墨烯一侧压合；利用电化学剥离法进行剥离；最终获得双层连续石墨烯薄膜卷材。

Description

一种双层连续石墨烯薄膜卷材的制备方法
技术领域
本发明属于石墨烯制备技术领域，特别是涉及一种双层连续石墨烯薄膜卷材的制备方法；实现了石墨烯从片材状的生长基底向卷材状的目标基底快速低成本的无缝转移。
背景技术
石墨烯是碳原子基于sp2杂化组成的六角蜂巢状结构，仅一个原子层厚的二维晶体。虽然单层石墨烯是2004年才首次在实验上由机械剥离石墨获得，但由于其独特的性质激发了无数科研工作者的研究兴趣，并在过去的短短几年里得到了广泛的研究。石墨烯具有优异的力、热、光、电等性质，几乎是完全透明，在全波段仅有2.3％的吸光率；导热系统高达5300W/m·K，常温下其电子迁移率超过15000cm2/V·s，而电阻率只约10-6Ω·cm，为目前世上电阻率最小的材料。而Andre Geim和Konstantin Novoselov也因其在石墨烯方面的开创性工作而获得2010年诺贝尔物理学奖。石墨烯不仅适合基础物理研究，在显示、能源、探测、光电子等领域具有广阔的应用前景，如分子探测器、热导/热界面材料、场发射源、超级电容器、太阳能电池、石墨稀锂电池及集成电路、透明导电电极等。石墨烯的应用研究具有极大的市场前景，将给众多研究领域带来革命性的转变。
但目前大面积高质量的单层石墨烯只能通过化学气相沉积(CVD)法在铜或镍等金属催化基底上生长，需要进一步转移到其他目标基底上才能使用，且受CVD设备和工艺限制，现有的CVD法获得的石墨烯薄膜都是尺寸较小的片状结构，不利于后续生产过程中的操作和存放。此外，现有方法得到的石墨烯均为单层，石墨烯的方阻较大。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供双层连续石墨烯薄膜卷材的制备方法，以解决利用化学气相沉积法获得的石墨烯薄膜都是尺寸较小的片状结构，不利于后续生产过程中的操作和存放；以及现有方法得到的石墨烯均为单层，石墨烯的方阻较大的问题。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种双层连续石墨烯薄膜卷材的制备方法，包括以下步骤：
步骤1，将相邻的生长有石墨烯的铜箔薄片利用导电胶连接，形成连续的铜箔薄片；
步骤2，柔性目标载体一面涂覆光固化胶，然后将柔性目标载体涂有光固化胶的一面与连续的铜箔薄片的一面压合并使光固化胶固化，柔性目标载体卷起后形成卷材原料；卷材原料依次包括柔性目标载体层、光固化胶层、石墨烯层和铜箔层；
步骤3，卷材原料利用电化学剥离法进行剥离；剥离过程中卷材原料的石墨烯层与铜箔层分离形成卷材初级产品，所述卷材初级产品依次包括柔性目标载体层、光固化胶层和石墨烯层；
步骤4，卷材初级产品经过后处理过程得到单层连续石墨烯薄膜卷材；
步骤5，使生长有石墨烯的铜箔薄片依次相邻,相邻的铜箔薄片重叠0.1～1cm；通过静电发生器使单层连续石墨烯薄膜卷材带负电荷；然后将带电的单层连续石墨烯薄膜卷材的石墨烯层与铜箔薄片的石墨烯一侧压合；
步骤6，步骤5中铜箔薄片的另一侧通过导电胶粘结；单层连续石墨烯薄膜卷材卷起后形成第二卷材原料；第二卷材原料依次包括柔性目标载体层、光固化胶层、第一石墨烯层、第二石墨烯层和铜箔层；
步骤7，第二卷材原料利用电化学剥离法进行剥离；剥离过程中第二卷材原料的第二石墨烯层与铜箔层分离形成第二卷材初级产品，所述第二卷材初级产品依次包括柔性目标载体层、光固化胶层、第一石墨烯层和第二石墨烯层；
步骤8，第二卷材初级产品经过后处理过程得到双层连续石墨烯薄膜卷材。
如上所述的双层连续石墨烯薄膜卷材的制备方法，进一步，步骤4中的后处理过程为：将卷材初级产品依次放入去离子水、盐酸、掺杂剂、去离子水中分别浸泡5～30分钟，然后吹干。
如上所述的双层连续石墨烯薄膜卷材的制备方法，进一步，步骤8中的后处理过程为：将第二卷材初级产品依次放入去离子水、盐酸、掺杂剂、去离子水中分别浸泡5～30分钟，然后吹干；展开的第二卷材初级产品在石墨烯层的表面涂覆一层高分子导电保护膜，然后在高分子导电保护膜上铺设静电保护膜。
如上所述的双层连续石墨烯薄膜卷材的制备方法，进一步，步骤1中，相邻生长有石墨烯的铜箔薄片之间的重叠区域小于1cm。
如上所述的双层连续石墨烯薄膜卷材的制备方法，进一步，步骤2中，涂覆光固化胶的厚度小于2um。
如上所述的双层连续石墨烯薄膜卷材的制备方法，进一步，所述柔性目标载体的材质为聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚碳酸酯、硅树脂和聚四氟乙烯中的一种。
如上所述的双层连续石墨烯薄膜卷材的制备方法，进一步，其特征在于，步骤1中，生长有石墨烯的铜箔薄片的铜箔厚度为5～500μm。
如上所述的双层连续石墨烯薄膜卷材的制备方法，进一步，步骤1中，生长有石墨烯的铜箔薄片的铜箔厚度为25μm。
本发明的有益效果是：本发明方法得到的为双层连续石墨烯薄膜卷材，包括柔性目标载体层、光固化胶层、第一石墨烯层和第二石墨烯层。由于包括相互连接的第一石墨烯层和第二石墨烯层，石墨烯的方阻更小。
此外本发明中生长有石墨烯的铜箔薄片通过导电胶粘结在一起通过电化学鼓泡剥离和涂覆导电高分子层后形成连续的石墨烯卷材，便于后续生产过程中的操作和存放。
具体实施方式
结合以下具体实施例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。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种双层连续石墨烯薄膜卷材的制备方法，包括以下步骤：
步骤1，将相邻的生长有石墨烯的铜箔薄片利用导电胶连接，形成连续的铜箔薄片；具体的，例如相邻生长有石墨烯的铜箔薄片重叠尺寸设定为距离0.5cm，利用导电胶将铜箔薄片的铜箔面连接在一起。重叠尺寸优选控制在1cm以内。利用导电胶将生长有石墨烯的铜箔薄片连接的目的是在进行后续电化学剥离时，使铜箔薄片形成连续的导体，便于电化学剥离的连续进行。
步骤2，柔性目标载体一面涂覆光固化胶，然后将柔性目标载体涂有光固化胶的一面与连续的铜箔薄片的一面压合并使光固化胶固化，柔性目标载体卷起后形成卷材原料；卷材原料依次包括柔性目标载体层、光固化胶层、石墨烯层和铜箔层；
步骤3，卷材原料利用电化学剥离法进行剥离；剥离过程中卷材原料的石墨烯层与铜箔层分离形成卷材初级产品，所述卷材初级产品依次包括柔性目标载体层、光固化胶层和石墨烯层；
步骤4，卷材初级产品经过后处理过程得到单层连续石墨烯薄膜卷材；
步骤5，使生长有石墨烯的铜箔薄片依次相邻，相邻的铜箔薄片重叠0.1～1cm；通过静电发生器使单层连续石墨烯薄膜卷材带负电荷；然后将带电的单层连续石墨烯薄膜卷材的石墨烯层与铜箔薄片的石墨烯一侧压合；
静电发生器用于维持柔性目标载体携带的负电荷，柔性目标载体携带的负电荷量决定了石墨烯与柔性目标载体之间的吸附力，为了使吸附力满足操作的需求，要求柔性目标载体携带的负电荷大于一定阈值。
步骤6，步骤5中铜箔薄片的另一侧通过导电胶粘结；单层连续石墨烯薄膜卷材卷起后形成第二卷材原料；第二卷材原料依次包括柔性目标载体层、光固化胶层、第一石墨烯层、第二石墨烯层和铜箔层；
步骤7，第二卷材原料利用电化学剥离法进行剥离；剥离过程中第二卷材原料的第二石墨烯层与铜箔层分离形成第二卷材初级产品，所述第二卷材初级产品依次包括柔性目标载体层、光固化胶层、第一石墨烯层和第二石墨烯层；
步骤8，第二卷材初级产品经过后处理过程得到双层连续石墨烯薄膜卷材。
本发明方法得到的为双层连续石墨烯薄膜卷材，包括柔性目标载体层、光固化胶层、第一石墨烯层和第二石墨烯层。由于包括相互连接的第一石墨烯层和第二石墨烯层，石墨烯的方阻更小。本发明中生长有石墨烯的铜箔薄片通过导电胶粘结在一起通过电化学鼓泡剥离和涂覆导电高分子层后形成连续的石墨烯卷材，便于后续生产过程中的操作和存放。
在一种具体的实施方式中，步骤4中的后处理过程为：将卷材初级产品依次放入去离子水、盐酸、掺杂剂、去离子水中分别浸泡5～30分钟，然后吹干。在一种具体实施例中，将卷材初级产品放入去离子水5分钟、盐酸8分钟、掺杂剂20分钟、去离子水5分钟，完成卷材初级产品的清洗。所用盐酸的质量浓度为10％～20％。所述掺杂剂选自氯化金，HNO3,HCL。
在一种具体的实施方式中，步骤8中的后处理过程为：将第二卷材初级产品依次放入去离子水、盐酸、掺杂剂、去离子水中分别浸泡5～30分钟，然后吹干；展开的第二卷材初级产品在石墨烯层的表面涂覆一层高分子导电保护膜，然后在高分子导电保护膜上铺设静电保护膜。在一种具体实施例中，将卷材初级产品放入去离子水5分钟、盐酸8分钟、掺杂剂20分钟、去离子水5分钟，完成卷材初级产品的清洗。所用盐酸的质量浓度为10％～20％。所述掺杂剂选自氯化金，HNO3,HCL。
在本发明一种更具体的实施方式中，步骤1中，相邻生长有石墨烯的铜箔薄片之间的重叠区域小于1cm。优选范围是0.5～0.9cm。
在本发明一种更具体的实施方式中，步骤2中，涂覆光固化胶的厚度小于2um。优选范围是1～2μm。
在本发明一种更具体的实施方式中，所述柔性目标载体的材质为聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚碳酸酯、硅树脂和聚四氟乙烯中的一种。
在本发明一种更具体的实施方式中，步骤1中，生长有石墨烯的铜箔薄片的铜箔厚度为5～500μm。
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 (8)

1.一种双层连续石墨烯薄膜卷材的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，将相邻的生长有石墨烯的铜箔薄片利用导电胶连接，形成连续的铜箔薄片；
步骤2，柔性目标载体一面涂覆光固化胶，然后将柔性目标载体涂有光固化胶的一面与连续的铜箔薄片的一面压合并使光固化胶固化，柔性目标载体卷起后形成卷材原料；卷材原料包括柔性目标载体层、光固化胶层、石墨烯层和铜箔层；
步骤3，卷材原料利用电化学剥离法进行剥离；剥离过程中卷材原料的石墨烯层与铜箔层分离形成卷材初级产品，所述卷材初级产品包括柔性目标载体层、光固化胶层和石墨烯层；
步骤4，卷材初级产品经过后处理过程得到单层连续石墨烯薄膜卷材；
步骤5，使生长有石墨烯的铜箔薄片依次相邻,相邻的铜箔薄片重叠0.1～1cm；通过静电发生器使单层连续石墨烯薄膜卷材带负电荷；然后将带电的单层连续石墨烯薄膜卷材的石墨烯层与铜箔薄片的石墨烯一侧压合；
步骤6，步骤5中相邻铜箔薄片的另一侧的重叠区域通过导电胶粘连；单层连续石墨烯薄膜卷材卷起后形成第二卷材原料；第二卷材原料包括柔性目标载体层、光固化胶层、第一石墨烯层、第二石墨烯层和铜箔层；
步骤7，第二卷材原料利用电化学剥离法进行剥离；剥离过程中第二卷材原料的第二石墨烯层与铜箔层分离形成第二卷材初级产品，所述第二卷材初级产品包括柔性目标载体层、光固化胶层、第一石墨烯层和第二石墨烯层；
步骤8，第二卷材初级产品经过后处理过程得到双层连续石墨烯薄膜卷材。
2.根据权利要求1所述的双层连续石墨烯薄膜卷材的制备方法，其特征在于，步骤4中的后处理过程为：将卷材初级产品依次放入去离子水、盐酸、掺杂剂、去离子水中分别浸泡5～30分钟，然后吹干。
3.根据权利要求1所述的双层连续石墨烯薄膜卷材的制备方法，其特征在于，步骤8中的后处理过程为：将第二卷材初级产品依次放入去离子水、盐酸、掺杂剂、去离子水中分别浸泡5～30分钟，然后吹干；展开的第二卷材初级产品在石墨烯层的表面涂覆一层高分子导电保护膜，然后在高分子导电保护膜上铺设静电保护膜。
4.根据权利要求1所述的双层连续石墨烯薄膜卷材的制备方法，其特征在于，步骤1中，相邻生长有石墨烯的铜箔薄片之间的重叠区域小于1cm。
5.根据权利要求1所述的双层连续石墨烯薄膜卷材的制备方法，其特征在于，步骤2中，涂覆光固化胶的厚度小于2μm。
6.根据权利要求1所述的双层连续石墨烯薄膜卷材的制备方法，其特征在于，所述柔性目标载体的材质为聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚碳酸酯、硅树脂和聚四氟乙烯中的一种。
7.根据权利要求1所述的双层连续石墨烯薄膜卷材的制备方法，其特征在于，其特征在于，步骤1中，生长有石墨烯的铜箔薄片的铜箔厚度为5～500μm。
8.根据权利要求7所述的双层连续石墨烯薄膜卷材的制备方法，其特征在于，其特征在于，步骤1中，生长有石墨烯的铜箔薄片的铜箔厚度为25μm。
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