CN105236396A - 一种氧化石墨烯薄膜的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种氧化石墨烯薄膜的制备方法，包括：用毛笔蘸取氧化石墨水溶液，然后刷涂在基底上，加热干燥，即得。本发明的操作方法简单，制备过程方便快速；本发明所制备的氧化石墨烯薄膜宏观尺寸、形状等参数，及还原程度均可控，且可有效降低石墨烯片层间的堆叠，导电性增强。

Description

一种氧化石墨烯薄膜的制备方法

技术领域

本发明属于薄膜材料的制备领域，特别涉及一种氧化石墨烯薄膜的制备方法。

背景技术

石墨烯是碳原子按六角结构紧密堆积成的单原子层二维材料，载流子的本征迁移率可达2×105cm/(V*S)，在室温下电子传递速度是已知导体中最快的，并且是已知材料中最薄而且最牢固坚硬的材料，由于这些优异的性质使其在电子器件等领域中有着巨大的应用价值。

石墨烯由于具有独特的物理化学结构使其拥有良好的热稳定性、透光性、导电性和机械强度而经常被用来作为导电纳米材料的填充物，正因为石墨烯这些优良的特性才受到广泛关注，现在虽然已经研究出许多制备方法，但仍然存在一些不足之处和需要改进的地方。抽滤制备氧化石墨烯薄膜的制备已被广泛使用，但是制备出的石墨烯薄膜形状大小很受局限，而且石墨烯层间堆叠严重且时间较长；其次刮涂的方法可以制备出较大面积的氧化石墨烯薄膜，但存在形状单一，制备薄膜较厚，转移困难，氧化石墨烯层间紧密堆叠导致的低比表面等问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种氧化石墨烯薄膜的制备方法，本发明在任意基底上，制备出形状，大小，还原程度宏观可控的，有效降低片层堆叠的高比表面的氧化石墨烯薄膜。

本发明的一种氧化石墨烯薄膜的制备方法，包括：

(1)氧化石墨水溶液的制备：

将氧化石墨分散在超纯水中，超声，得到氧化石墨水溶液；

(2)氧化石墨烯薄膜的制备：

用毛笔蘸取氧化石墨水溶液，毛细管吸力会将氧化石墨片汲取于毛间，然后缓慢均匀地刷涂在基底上，并迅速提起，置于热台、加热使之干燥及微还原，重复刷涂并进行加热干燥微还原数次，得到氧化石墨烯薄膜。

根据需要薄膜的尺寸、形状和厚度反复重操作(刷涂和加热干燥)。

氧化石墨烯薄膜包含以石墨烯为基的所有复合薄膜。

所述步骤(1)中超声为：水浴超声30-360min，使氧化石墨完全分散均匀，然后进行细胞粉碎机超声10-30min。

所述步骤(1)中氧化石墨水溶液的浓度为5-30mg/ml。

所述步骤(2)中毛笔为小楷毛笔、大楷毛笔、画笔、狼毫毛笔、兼毫毛笔中的一种或几种。任何兼毫毛笔与质地较好的毛笔均可。

所述步骤(2)中基底为纤维素滤膜、有机滤膜、无机滤膜、滤纸、植物纤维书写纸张、油画布、铜箔、铝箔中的一种。

所述步骤(2)中置于热台、加热为：加热台加热，温度为45-120℃，每一层(每刷一遍)加热时间为0.5-5min。

重复步骤(2)5-100次。

所述步骤(2)中制备的石墨烯薄膜的形状和厚度均为任意形状和尺寸厚度。

本发明通过改变毛笔的种类得到层间起伏不一致的石墨烯薄膜，通过改变重复刷涂次数得到不同厚度的自支撑薄膜，同时可人为控制宏观形状和表现形式，通过改变热台加热的温度和时间，可以调节氧化石墨烯薄膜微还原程度。

本发明方法利用刷涂的方法，在任意基底(纤维素滤膜、植物纤维书写用纸、铜箔、砂纸等)上，利用层层加热干燥的方法，制备出宏观可控的氧化石墨烯薄膜。本发明所述的制备方法简单，结合了具有中国特色的毛笔，利用刷涂的方法，克服了抽滤和刮涂两种方法的缺点，制备出宏观自支撑氧化石墨烯薄膜，同时利用层层干燥的方法很大程度上减少了石墨烯片层之间的堆叠交联，由于每层薄膜的凹凸迭起，带来了更大的比表面，同时，在加热干燥的过程中，氧化石墨被层层微还原，得到的氧化石墨烯薄膜具有更大的比表面积，并具有良好的电学性能。

有益效果

(1)本发明的操作方法简单，制备过程方便快速；

(2)本发明所制备的氧化石墨烯薄膜宏观尺寸、形状等参数均可控；

(3)本发明制备的氧化石墨烯薄膜具有高比表面积，且被微还原，导电性增强。

附图说明

图1为实施例1在铜箔基底上制备氧化石墨烯汉字形状的薄膜数码照片；

图2为实施例2在以植物纤维书写用纸为基底制备石氧化墨烯汉字和英文形状的石墨烯薄膜数码照片；

图3为实施例3在纤维素滤膜上制备氧化石墨烯花型薄膜数码照片；

图4为实施例3在纤维素滤膜上制备氧化石墨烯汉字形状并剥离基底的薄膜数码照片；

图5为实施例4制备的自支撑氧化石墨烯圆形薄膜数码照片；

图6为实施例1，实施例3，实施例4制备氧化石墨烯薄膜的XRD对比图谱；其中a为实施例1、b为实施例3、c为实施例4；

图7为实施例3，实施例4制备氧化石墨烯薄膜断面的SEM对比图；其中a为实施例3；b为实施例5；

图8为实施例4制备的氧化石墨烯薄膜的循环伏安曲线。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

实施例1

在室温下，称取氧化石墨100mg分散于10mL超纯水中，水浴超声30min后，细胞粉碎5min，得到分散均匀的氧化石墨水溶液，用狼毫毛笔轻蘸氧化石墨水溶液，在铜箔上写下“中国人”字样，将铜箔固定于热台上，热台的加热温度为45℃，每层加热2min，氧化石墨分散液在铜箔表面几乎干了，沿着第一次写的行迹重复20遍，每次刷涂之后均进行加热干燥和微还原，避免石墨烯片层之间的过度堆叠，得到厚度约为2μm且堆叠程度低的部分还原的石墨烯薄膜。制备的中国人字样的汉字形状石墨烯薄膜数码图片如图1所示，XRD图谱如图6-a所示。

实施例2

在室温下，称取氧化石墨150mg分散于10mL超纯水中，水浴超声45min后，细胞粉碎5min，得到分散均匀的氧化石墨水溶液，用狼毫毛笔轻蘸氧化石墨水溶液，在铜箔上写下“中国人”和“DHUCN”字样，将铜箔固定于热台上，热台的加热温度为30℃，每层加热2min，氧化石墨分散液在铜箔表面几乎干了，沿着第一次写的行迹重复20遍，每次刷涂之后均进行加热干燥和微还原，避免石墨烯片层之间的过度堆叠，得到厚度约为1.5μm的且堆叠程度低的部分还原的石墨烯薄膜。制备的在植物纤维书写用纸上的汉字和字母形状石墨烯薄膜数码图片如图2所示。

实施例3

在室温下，称取氧化石墨50mg分散于10mL超纯水中，水浴超声30min后，细胞粉碎5min，得到分散均匀的氧化石墨水溶液，用小楷毛笔轻蘸氧化石墨水溶液，在铜箔上画出形和“中国人”汉字形状，将铜箔固定于热台上，热台的加热温度为65℃，每层加热2min，氧化石墨分散液在铜箔表面几乎干了，沿着第一次写的行迹重复50遍，每次刷涂之后均进行加热干燥和微还原，避免石墨烯片层之间的过度堆叠，得到厚度约为2.5μm的且堆叠程度低的部分还原的石墨烯薄膜。制备的在纤维素滤膜表面的形石墨烯薄膜,将石墨烯基底纤维素滤膜用乙醇溶液去除并转移到透明基底PET上的数码图片如图3所示，XRD图谱如图6-b所示，薄膜断面的扫描电镜图片如图7-a所示。

实施例4

在室温下，称取氧化石墨200mg分散于10mL超纯水中，水浴超声60min后，细胞粉碎10min，得到分散均匀的氧化石墨水溶液，用排笔(画笔)轻蘸氧化石墨水溶液，将纤维素滤膜固定于热台上，热台加热温度为100℃，每刷一层干燥还原4min，按照一定方向均匀刷满纤维素表面，待氧化石墨分散液在纤维素滤膜表面几乎干了，沿着第一次刷的痕迹重复刷30遍，得到厚度约为12μm且堆叠程度低的部分还原的石墨烯薄膜。制备的在纤维素滤膜表面的圆形石墨烯薄膜数码图片如图5所示，XRD图谱如图6-c所示，断面的扫描电镜图片如图7-b所示，循环伏安曲线如图8所示。

Claims (7)

1.一种氧化石墨烯薄膜的制备方法，包括：

(1)将氧化石墨分散在超纯水中，超声，得到氧化石墨水溶液；

(2)用毛笔蘸取氧化石墨水溶液，然后刷涂在基底上，将基底置于热台、加热，重复操作，得到氧化石墨烯薄膜。

2.根据权利要求1所述的一种氧化石墨烯薄膜的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中超声为：水浴超声30-360min，然后进行细胞粉碎机超声10-30min。

3.根据权利要求1所述的一种氧化石墨烯薄膜的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中氧化石墨水溶液的浓度为5-30mg/mL。

4.根据权利要求1所述的一种氧化石墨烯薄膜的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中毛笔为小楷毛笔、大楷毛笔、画笔、狼毫毛笔、兼毫毛笔中的一种或几种。

5.根据权利要求1所述的一种氧化石墨烯薄膜的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中基底为纤维素滤膜、有机滤膜、无机滤膜、滤纸、植物纤维书写纸张、油画布、铜箔、铝箔中的一种。

6.根据权利要求1所述的一种氧化石墨烯薄膜的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中将基底置于热台、加热为：加热台加热，温度为45-120℃，每一层加热时间为0.5-5min。

7.根据权利要求1所述的一种氧化石墨烯薄膜的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中重复操作为：重复步骤(2)5-100次。