CN109455708A - 一种超疏水三维石墨烯膜的制备方法 - Google Patents

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王慧
陈琳
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Abstract

本发明涉及一种超疏水三维石墨烯膜的制备方法，该方法利用在氧化石墨烯溶液中加入聚苯乙烯微球，然后经抽滤成膜；通过蒸汽加热还原法得到三维石墨烯膜材料；以磁控溅射技术对三维石墨烯膜材料进行喷金处理，利用硫醇修饰后，得到超疏水三维石墨烯膜材料。本发明的制备方法简单，能在室温下快速制备超疏水三维石墨烯膜材料，所获得的超疏水三维石墨烯膜材料具有良好的超疏水性能、密度低，力学性能优异，吸油倍率高等优点，在油水分离、柔性导电领域具有重要的实际应用前景。

Description

一种超疏水三维石墨烯膜的制备方法
技术领域
本发明涉及一种三维石墨烯膜的制备方法，特别涉及一种超疏水三维石墨烯膜的制备方法，属于功能材料领域。
背景技术
表面润湿性是固体表面由固-气界面转变为固-液界面的现象，是固体材料一个非常重要的性质，大部分的物理化学过程都与表面润湿性紧密相关，比如吸附、黏贴、润滑等。润湿性还在人们的日常生活与工业、农业生产中发挥着重大作用。根据固体表面与液滴形成的接触角的大小，表面被分为亲水和疏水两种状态。而超疏水表面，具有极难被水沾湿的特性，超疏水材料在防水、防污、自清洁、新型功能材料等许多领域都有着广泛的应用。
三维石墨烯是指具有三维结构的二维石墨烯组装体，是目前石墨烯化学领域的新型功能性材料。三维结构可以赋予石墨烯组装体独特的性质，如柔韧性、多孔性、高活性比表面积、优异的传质性能等，使其在能量储存、催化反应、环境保护及柔性/可伸缩导电材料等领域具有较二维石墨烯材料更优越的性能及更广阔的应用前景。但是，传统三维石墨烯薄膜疏水性能差、制备成本高，超疏水表面引起了科学家们的广泛研究兴趣，解决三维石墨烯薄膜疏水性不足之处，已成为该研究领域中的热点之一。
发明内容
本发明目的在于，提供一种超疏水三维石墨烯膜的制备方法，该方法利用在氧化石墨烯溶液中加入聚苯乙烯微球，然后经抽滤成膜；通过蒸汽加热还原法得到三维石墨烯膜材料；以磁控溅射技术对三维石墨烯膜材料进行喷金处理，利用硫醇修饰后，得到超疏水三维石墨烯膜材料。本发明的制备方法简单，能在室温下快速制备超疏水三维石墨烯膜材料，所获得的超疏水三维石墨烯膜材料具有良好的超疏水性能、密度低，力学性能优异，吸油倍率高等优点，在油水分离、柔性导电领域具有重要的实际应用前景。
本发明所述的一种超疏水三维石墨烯膜的制备方法，按下列步骤进行：
a、将氧化石墨烯分散于去离子水中，超声分散形成浓度为0.5-8mg/mL均一的氧化石墨烯水溶液；
b、将步骤a得到的氧化石墨烯溶液中加入浓度为0.05-4mg/mL的聚苯乙烯微球，磁力搅拌均匀后，用微孔滤膜经抽滤成膜，干燥后剥去微孔滤膜，得到氧化石墨烯基薄膜；
c、将步骤b中得到的氧化石墨烯基薄膜，浸泡在甲苯溶液中，干燥后得到氧化石墨烯薄膜；
d、将步骤c中得到的氧化石墨烯薄膜通过蒸汽加热法，以水合肼为还原剂，在温度80-100℃气态氛围中还原12-24小时，得到三维石墨烯薄膜材料，其中水合肼与氧化石墨烯薄膜质量比为30-300:1；
e、将步骤d中得到的三维石墨烯薄膜材料，利用磁控溅射技术对三维石墨烯薄膜材料进行喷金处理后，浸泡在10-100mM的长链烷基硫醇或氟烷基硫醇-乙醇溶液中0.5-2小时，洗涤干燥后即得到超疏水三维石墨烯薄膜材料。
步骤c中氧化石墨烯基薄膜的形貌和厚度通过氧化石墨烯及聚苯乙烯微球的添加量来控制。
步骤e中所述长链烷基硫醇或氟烷基硫醇链长度为6-30个碳原子。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
(1)本发明所述方法采用简单的蒸汽加热还原法和模板造孔法得到石墨烯泡沫材料，实现了材料表面和内部都具有丰富的孔结构，方法具有操作方便、实用、高效的特点，所得三维石墨烯膜材料具有结构稳定、可多次重复使用的特点。
(2)本发明的超疏水三维石墨烯膜的制备方法本身操作简便，对环境要求低，反应条件温和，极易容易实现膜的表面超疏水处理，并可根据需要设计出具有超疏水性能的不同尺寸、厚度膜材料；
(3)本发明制备方法得到的膜材料，所得到的膜材料性能比较优异，具有较好的疏水能力，较好的力学性能，较好的吸油倍率，增加了膜材料的实际应用价值，值得广泛推广应用。
附图说明
图1为本发明所制得的超疏水三维石墨烯膜光学照片；
图2为本发明超疏水三维石墨烯膜材料在测量水滴或油滴表面的接触角照片，其中，图2a为测量水滴在超疏水三维石墨烯膜材料表面的接触角照片；2b为测量油滴在超疏水三维石墨烯膜材料表面的接触角照片；
图3为水滴在本发明所制得的超疏水三维石墨烯膜表面的光学照片。
具体实施方式
本实施例在本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例；
实施例1
a、将氧化石墨烯分散于去离子水中，超声分散形成浓度为0.5mg/mL均一的氧化石墨烯水溶液；
b、将步骤a得到的氧化石墨烯溶液中加入浓度为0.05mg/mL的聚苯乙烯微球，磁力搅拌均匀后，用微孔滤膜经抽滤成膜，干燥后剥去微孔滤膜，得到氧化石墨烯基薄膜；
c、将步骤b中得到的氧化石墨烯基薄膜，浸泡在甲苯溶液中，干燥后得到氧化石墨烯薄膜，氧化石墨烯基薄膜的形貌和厚度通过氧化石墨烯及聚苯乙烯微球的添加量来控制；
d、将步骤c中得到的氧化石墨烯薄膜通过蒸汽加热法，以水合肼为还原剂，在温度80℃气态氛围中还原12小时，得到三维石墨烯薄膜材料，其中水合肼与氧化石墨烯薄膜质量比为30:1；
e、将步骤d中得到的三维石墨烯薄膜材料，利用磁控溅射技术对三维石墨烯薄膜材料进行喷金处理后，浸泡在10mM的碳链长度为6个碳原子烷基硫醇-乙醇溶液中0.5小时，洗涤干燥后即得到超疏水三维石墨烯薄膜材料。
实施例2
a、将氧化石墨烯分散于去离子水中，超声分散形成浓度为2mg/mL均一的氧化石墨烯水溶液；
b、将步骤a得到的氧化石墨烯溶液中加入浓度为0.5mg/mL的聚苯乙烯微球，磁力搅拌均匀后，用微孔滤膜经抽滤成膜，干燥后剥去微孔滤膜，得到氧化石墨烯基薄膜；
c、将步骤b中得到的氧化石墨烯基薄膜，浸泡在甲苯溶液中，干燥后得到氧化石墨烯薄膜，氧化石墨烯基薄膜的形貌和厚度通过氧化石墨烯及聚苯乙烯微球的添加量来控制；
d、将步骤c中得到的氧化石墨烯薄膜通过蒸汽加热法，以水合肼为还原剂，在温度85℃气态氛围中还原14小时，得到三维石墨烯薄膜材料，其中水合肼与氧化石墨烯薄膜质量比为80:1；
e、将步骤d中得到的三维石墨烯薄膜材料，利用磁控溅射技术对三维石墨烯薄膜材料进行喷金处理后，浸泡在20mM的12个碳原子烷基硫醇-乙醇溶液中1小时，洗涤干燥后即得到超疏水三维石墨烯薄膜材料。
实施例3
a、将氧化石墨烯分散于去离子水中，超声分散形成浓度为4mg/mL均一的氧化石墨烯水溶液；
b、将步骤a得到的氧化石墨烯溶液中加入浓度为1mg/mL的聚苯乙烯微球，磁力搅拌均匀后，用微孔滤膜经抽滤成膜，干燥后剥去微孔滤膜，得到氧化石墨烯基薄膜；
c、将步骤b中得到的氧化石墨烯基薄膜，浸泡在甲苯溶液中，干燥后得到氧化石墨烯薄膜，氧化石墨烯基薄膜的形貌和厚度通过氧化石墨烯及聚苯乙烯微球的添加量来控制；
d、将步骤c中得到的氧化石墨烯薄膜通过蒸汽加热法，以水合肼为还原剂，在温度90℃气态氛围中还原16小时，得到三维石墨烯薄膜材料，其中水合肼与氧化石墨烯薄膜质量比为100:1；
e、将步骤d中得到的三维石墨烯薄膜材料，利用磁控溅射技术对三维石墨烯薄膜材料进行喷金处理后，浸泡在40mM的18个碳原子烷基硫醇-乙醇溶液中1.5小时，洗涤干燥后即得到超疏水三维石墨烯薄膜材料。
实施例4
a、将氧化石墨烯分散于去离子水中，超声分散形成浓度为6mg/mL均一的氧化石墨烯水溶液；
b、将步骤a得到的氧化石墨烯溶液中加入浓度为2mg/mL的聚苯乙烯微球，磁力搅拌均匀后，用微孔滤膜经抽滤成膜，干燥后剥去微孔滤膜，得到氧化石墨烯基薄膜；
c、将步骤b中得到的氧化石墨烯基薄膜，浸泡在甲苯溶液中，干燥后得到氧化石墨烯薄膜，氧化石墨烯基薄膜的形貌和厚度通过氧化石墨烯及聚苯乙烯微球的添加量来控制；
d、将步骤c中得到的氧化石墨烯薄膜通过蒸汽加热法，以水合肼为还原剂，在温度95℃气态氛围中还原18小时，得到三维石墨烯薄膜材料，其中水合肼与氧化石墨烯薄膜质量比为200:1；
e、将步骤d中得到的三维石墨烯薄膜材料，利用磁控溅射技术对三维石墨烯薄膜材料进行喷金处理后，浸泡在80mM的18个碳原子氟烷基硫醇-乙醇溶液中1.5小时，洗涤干燥后即得到超疏水三维石墨烯薄膜材料。
实施例5
a、将氧化石墨烯分散于去离子水中，超声分散形成浓度为7mg/mL均一的氧化石墨烯水溶液；
b、将步骤a得到的氧化石墨烯溶液中加入浓度为3mg/mL的聚苯乙烯微球，磁力搅拌均匀后，用微孔滤膜经抽滤成膜，干燥后剥去微孔滤膜，得到氧化石墨烯基薄膜；
c、将步骤b中得到的氧化石墨烯基薄膜，浸泡在甲苯溶液中，干燥后得到氧化石墨烯薄膜，氧化石墨烯基薄膜的形貌和厚度通过氧化石墨烯及聚苯乙烯微球的添加量来控制；
d、将步骤c中得到的氧化石墨烯薄膜通过蒸汽加热法，以水合肼为还原剂，在温度100℃气态氛围中还原20小时，得到三维石墨烯薄膜材料，其中水合肼与氧化石墨烯薄膜质量比为250:1；
e、将步骤d中得到的三维石墨烯薄膜材料，利用磁控溅射技术对三维石墨烯薄膜材料进行喷金处理后，浸泡在90mM的24个碳原子烷基硫醇-乙醇溶液中2小时，洗涤干燥后即得到超疏水三维石墨烯薄膜材料。
实施例6
a、将氧化石墨烯分散于去离子水中，超声分散形成浓度为8mg/mL均一的氧化石墨烯水溶液；
b、将步骤a得到的氧化石墨烯溶液中加入浓度为4mg/mL的聚苯乙烯微球，磁力搅拌均匀后，用微孔滤膜经抽滤成膜，干燥后剥去微孔滤膜，得到氧化石墨烯基薄膜；
c、将步骤b中得到的氧化石墨烯基薄膜，浸泡在甲苯溶液中，干燥后得到氧化石墨烯薄膜，氧化石墨烯基薄膜的形貌和厚度通过氧化石墨烯及聚苯乙烯微球的添加量来控制；
d、将步骤c中得到的氧化石墨烯薄膜通过蒸汽加热法，以水合肼为还原剂，在温度100℃气态氛围中还原24小时，得到三维石墨烯薄膜材料，其中水合肼与氧化石墨烯薄膜质量比为300:1；
e、将步骤d中得到的三维石墨烯薄膜材料，利用磁控溅射技术对三维石墨烯薄膜材料进行喷金处理后，浸泡在100mM的30个碳原子氟烷基硫醇-乙醇溶液中2小时，洗涤干燥后即得到超疏水三维石墨烯薄膜材料。

Claims (3)

1.一种超疏水三维石墨烯膜的制备方法，其特征在于按下列步骤进行：
a、将氧化石墨烯分散于去离子水中，超声分散形成浓度为0.5-8 mg/mL均一的氧化石墨烯水溶液；
b、将步骤a得到的氧化石墨烯溶液中加入浓度为0.05-4 mg/mL的聚苯乙烯微球，磁力搅拌均匀后，用微孔滤膜经抽滤成膜，干燥后剥去微孔滤膜，得到氧化石墨烯基薄膜；
c、将步骤b中得到的氧化石墨烯基薄膜，浸泡在甲苯溶液中，干燥后得到氧化石墨烯薄膜；
d、将步骤c中得到的氧化石墨烯薄膜通过蒸汽加热法，以水合肼为还原剂，在温度80-100℃气态氛围中还原12-24小时，得到三维石墨烯薄膜材料，其中水合肼与氧化石墨烯薄膜质量比为30-300:1；
e、将步骤d中得到的三维石墨烯薄膜材料，利用磁控溅射技术对三维石墨烯薄膜材料进行喷金处理后，浸泡在10-100 mM的长链烷基硫醇或氟烷基硫醇-乙醇溶液中0.5-2小时，洗涤干燥后即得到超疏水三维石墨烯薄膜材料。
2.根据权利要求1所述超疏水三维石墨烯膜的制备方法，其特征在于步骤c中氧化石墨烯基薄膜的形貌和厚度通过氧化石墨烯及聚苯乙烯微球的添加量来控制。
3.根据权利要求1所述超疏水三维石墨烯膜的制备的方法，其特征在于步骤e中所述长链烷基硫醇或氟烷基硫醇链长度为6-30个碳原子。
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