CN105647249A - 一种离子诱导组装石墨烯涂层的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种离子诱导组装石墨烯涂层的方法。它的制备方法的步骤如下：1)在容器中加入1重量份的氧化石墨烯、20-50重量份溶剂、0-1重量份氨水，将其搅拌均匀后得到氧化石墨烯分散液；2)在基底上吸附一定浓度的离子交联剂；3)将上述基底浸没于氧化石墨烯分散液中，停留一定时间；4)缓慢提出粘附有氧化石墨烯凝胶的基底；5)对上述凝胶烘干或冻干，即得到氧化石墨烯涂层；6)对上述材料进行化学还原或热处理，得到石墨烯涂层。本发明简便地实现了石墨烯材料的快速制备、微米至毫米级的厚度控制、微观结构可控，并实现了以在复杂形状和多种材质的基底上制备石墨烯涂层。

Description

一种离子诱导组装石墨烯涂层的方法

技术领域

本发明涉及一种离子诱导组装石墨烯涂层的方法。

背景技术

石墨烯是一层由碳原子以sp²杂化连接而成的二维碳原子层。它具有超高强度、极大的比表面积、超高的导热率以及载流子迁移率等多种优异的特质，在电子器件、能量存储和复合材料等领域具有重要的应用价值。如何将石墨烯的优异性质转化为宏观材料的优异性质是石墨烯研究的一个重要问题。

构筑石墨烯涂层即将石墨烯片在所需涂覆的表面进行搭接或堆叠，形成适应表面形貌的涂层。目前报道制备石墨烯涂层限于构筑电子墨水、触摸屏、发光二极管等用途的透明导电薄膜。而在其它多种领域，则需利用到微米级或毫米级的厚度的石墨烯涂层的功能，比如电磁屏蔽性能、隔热性能、防腐蚀性能和能量存储与转化等。以往的专利只涉及纳米级厚度的石墨烯涂层的制备。如何实现简便地可控地制备微米级或毫米级的石墨烯涂层是亟待解决的一个重要问题。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，提出一种离子诱导组装石墨烯涂层的方法。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：一种离子诱导组装石墨烯涂层的方法，所述的制备方法的步骤如下：

1)在容器中加入1重量份的氧化石墨烯、20-500重量份溶剂、0-1重量份质量分数为25％氨水，将其搅拌均匀后得到氧化石墨烯分散液；

2)取基底材料，并在基底上吸附离子交联剂溶液；

3)将上述基底浸没于氧化石墨烯分散液中，停留一定时间；

4)提出粘附有氧化石墨烯的基底；

5)对上述凝胶烘干或冻干，即得到氧化石墨烯涂层；

6)对上述涂层进行化学还原或热处理，得到石墨烯涂层。

进一步地，所述步骤1)的溶剂选用水、N-N二甲基甲酰胺、二甲基亚砜、乙醇、乙二醇中的一种或多种以任意比例混合的混合溶剂。

进一步地，所述步骤2)采用的离子交联剂为氯化钙、氯化铁、硫酸铜、氯化镁、氯化钡等，离子交联剂溶液的浓度大于0.01M。

进一步地，所述步骤3)停留时间为1s-30分钟。

进一步地，所述步骤2)采用的基底的材质包括木质、塑料、橡胶、陶瓷、金属等。

进一步地，所述步骤2)采用的基底的材质形状包括一维、二维、三维、二维网状、三维网状等。

进一步地，步骤5中得到的氧化石墨烯涂层为氧化石墨烯致密涂层,步骤6中得到的是石墨烯致密涂层,石墨烯致密涂层的厚度为0.1至20微米。

进一步地，步骤5中得到的氧化石墨烯涂层为氧化石墨烯气凝胶涂层,氧化石墨烯气凝胶涂层的厚度为0.1至3毫米；步骤6中得到的是石墨烯气凝胶涂层,石墨烯气凝胶涂层的厚度为0.1至3毫米。

本发明与现有技术相比具有的有益效果如下：

1)原料采用氧化石墨烯，原料易得、成本低；

2)利用快速的离子扩散对液相中的氧化石墨烯片进行交联；

3)石墨烯涂层中离子的含量极低，不影响石墨烯材料的导电性等；

4)通过调节交联剂浓度，可简便地实现石墨烯涂层干态厚度从0.1至20微

米的控制，石墨烯气凝胶涂层厚度从0.1-3毫米的控制；

5)可在任意形状和材质上制备石墨烯涂层材料。

6)可制备致密石墨烯涂层或气凝胶石墨烯涂层。前者可用于电磁屏蔽、导电织物和防腐等领域，后者可用作隔热层、吸波材料等。

7)可在原本由于浸润性差的问题而无法涂覆的基底上实现石墨烯的涂覆。

附图说明

图1为铜丝表面的石墨烯气凝胶涂层；

图2(a-b)为通过离子诱导组装制备的石墨烯膜覆盖的聚丙烯织物。标尺:5cm。

图3为0.01-3GHz波段中屏蔽效能的透过衰减、反射损耗和吸收损耗。

图4为3G-18GHz波段中屏蔽效能的透过衰减、反射损耗和吸收损耗。

图5为(a)照片(左)在商用电池聚丙烯隔膜上采用离子诱导组装法制备氧化石墨烯凝胶图层。(右)采用普通的浸涂无法实现涂覆。

图6为石墨烯涂层削弱锂硫电池中锂硫化合物穿梭效应的示意图。

具体实施方式

一种离子诱导组装石墨烯涂层的方法的步骤如下：

1)在容器中加入1重量份的氧化石墨烯、20-500重量份溶剂、0.1-1重量份氨水，将其搅拌均匀后得到氧化石墨烯分散液；

2)取基底材料，并在基底上吸附一定浓度的离子交联剂溶液；

3)将上述基底浸没于氧化石墨烯分散液中，停留1s至20分钟；

4)缓慢提出粘附有氧化石墨烯凝胶的基底材料；

5)对上述凝胶烘干或冻干，即得到基底材料上的氧化石墨烯致密涂层或气凝胶涂层；

6)对上述材料进行化学还原或热还原，得到基底材料上的石墨烯致密涂层或气凝胶涂层。

下面通过实施例对本发明进行具体描述，本实施例只用于对本发明做进一步的说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，本领域的技术人员根据本发明的内容做出一些非本质的改变和调整，均属于本发明的保护范围。

实施例1：

1)在容器中加入1重量份的氧化石墨烯、500重量份溶剂、0.1重量份氨水，将其搅拌均匀后得到氧化石墨烯分散液；

2)在收纳盒上吸附0.05M的氯化钙溶液；

3)将上述收纳盒浸没于氧化石墨烯分散液中，停留20秒；

4)缓慢提出粘附有氧化石墨烯凝胶的收纳盒；

5)对上述凝胶进行冻干，即得到氧化石墨烯气凝胶覆盖的收纳；

6)对上述材料用肼蒸汽进行还原，得到石墨烯气凝胶覆盖的收纳盒。该气凝胶层赋予了收纳盒良好的隔音、隔热、减震、电磁屏蔽、吸波隐身性能。

实施例2：

制备方法基本同实施例1，不同之处为：步骤2)中采用聚丙烯织物为基底。最后得到的石墨烯膜覆盖的聚丙烯织物如图2所示。其表面方块电阻为50-100欧姆。所得复合织物在0.01-18GHz波段的屏蔽效能为15-20dB，如图3所示。

实施例3：

制备方法基本同实施例1，不同之处为：步骤2)中采用商用电池用微孔聚丙烯隔膜作为基底。步骤5)中采用常压烘干。步骤6)得到的是石墨烯致密膜覆盖的聚丙烯隔膜。覆盖有石墨烯膜涂层的聚丙烯薄膜用作锂硫电池隔膜材料，能削弱锂硫化合物穿梭效应，从而显著提高电池的循环稳定性能。

Claims (8)

1.一种离子诱导组装石墨烯涂层的方法，其特征在于，所述的制备方法的步骤如下：

1)在容器中加入1重量份的氧化石墨烯、20-500重量份溶剂、0-1重量份质量分数为25％氨水，将其搅拌均匀后得到氧化石墨烯分散液；

2)取基底材料，并在基底上吸附离子交联剂溶液；

3)将上述基底浸没于氧化石墨烯分散液中，停留一定时间；

4)提出粘附有氧化石墨烯的基底；

5)对上述凝胶烘干或冻干，即得到氧化石墨烯涂层；

6)对上述涂层进行化学还原或热处理，得到石墨烯涂层。

2.如权利要求1所述的一种离子诱导组装石墨烯涂层的方法，其特征在于：所述步骤1)的溶剂选用水、N-N二甲基甲酰胺、二甲基亚砜、乙醇、乙二醇中的一种或多种以任意比例混合的混合溶剂。

3.如权利要求1所述的一种离子诱导组装石墨烯涂层的方法，其特征在于：所述步骤2)采用的离子交联剂为氯化钙、氯化铁、硫酸铜、氯化镁、氯化钡等，离子交联剂溶液的浓度大于0.01M。

4.如权利要求1所述的一种离子诱导组装石墨烯涂层的方法，其特征在于：所述步骤3)停留时间为1s-30分钟。

5.如权利要求1所述的一种离子诱导组装石墨烯涂层的方法，其特征在于：所述步骤2)采用的基底的材质包括木质、塑料、橡胶、陶瓷、金属等。

6.如权利要求1所述的一种离子诱导组装石墨烯涂层的方法，其特征在于：所述步骤2)采用的基底的材质形状包括一维、二维、三维、二维网状、三维网状等。

7.如权利要求1所述的一种离子诱导组装石墨烯涂层的方法，其特征在于，步骤5中得到的氧化石墨烯涂层为氧化石墨烯致密涂层,步骤6中得到的是石墨烯致密涂层,石墨烯致密涂层的厚度为0.1至20微米。

8.如权利要求1所述的一种离子诱导组装石墨烯涂层的方法，其特征在于，步骤5中得到的氧化石墨烯涂层为氧化石墨烯气凝胶涂层,氧化石墨烯气凝胶涂层的厚度为0.1至3毫米；步骤6中得到的是石墨烯气凝胶涂层,石墨烯气凝胶涂层的厚度为0.1至3毫米。