CN110164590A - 一种具有三明治结构的石墨烯柔性高导电薄膜及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
一种具有三明治结构的石墨烯柔性高导电薄膜及其制备方法和应用，配制氧化石墨烯的乙醇溶液，置于带滤膜的真空抽滤装置内，抽滤晾干后，从滤纸上剥离下GO薄膜；配制银纳米线的乙醇溶液，置于带滤膜的真空抽滤装置内，抽滤晾干得AgNWs/PP薄膜；将上述两类薄膜裁剪成片，将GO薄膜覆盖在AgNWs/PP薄膜上，放入热压机的压槽内进行氧化石墨烯的还原和三明治结构的复合；将复合薄膜取出，自然冷却后在石墨烯表面涂敷HI，室温放置。
Description
技术领域
本发明属于导电薄膜的制备技术，尤其涉及一种具有三明治结构的石墨烯柔性高导电薄膜及其制备方法和应用。
背景技术
现有技术：石墨烯作为廉价的碳材料，由于其具有特殊的二维表面结构和优异的导电性，人们开始将其应用在制备柔性导电薄膜中。氧化还原法制备石墨烯简单、产量大，但是导电性能较差，而且在氧化石墨烯(GO)还原过程中总是需要高温(500℃以上)或添加有毒的还原剂，制备过程成本高，耗能且对环境造成了危害，如何节能、绿色的还原氧化石墨并提高其导电性能烯成为一个亟待解决的问题。另一方面，因为金属纳米线具备良好的导电性，常用于制备导电薄膜，但受到制作成本高和纯金属硬度不够、易氧化等问题的限制。因此，结合金属纳米线优异的导电性，一种新型石墨烯导电薄膜的研究具有特别的意义。
发明内容
解决的技术问题：本发明针对上述技术问题，提供一种具有三明治结构的石墨烯柔性高导电薄膜及其制备方法和应用，采用简易的抽滤成膜法、低耗能且低毒的氧化还原法制备具有三明治结构的石墨烯/银纳米线/聚丙烯导电薄膜具备较低的表面方阻。
技术方案：一种制备具有三明治结构的石墨烯柔性高导电薄膜的方法，制备步骤为：a.采用抽滤法制备GO薄膜：按比例，配制浓度为0.1-0.3mg/mL的氧化石墨烯的乙醇溶液，取100mL置于带滤膜的真空抽滤装置内，连续抽滤10h以上，自然晾干后，从滤纸上剥离下GO薄膜；b.采用抽滤法制备AgNWs/PP薄膜：配制浓度为0.1-0.3mg/mL的银纳米线的乙醇溶液，取10-50mL置于带滤膜的真空抽滤装置内，连续抽滤2-3h，自然晾干得AgNWs/PP薄膜；c.将上述两类薄膜裁剪成片，将GO薄膜覆盖在AgNWs/PP薄膜上，放入热压机的压槽内进行氧化石墨烯的还原和三明治结构的复合，温度为130-180℃，时间为700-1000s；d.将复合薄膜取出，自然冷却后在石墨烯表面涂敷0.44-0.88mL/cm2的HI，室温放置至少24小时。
优选的，上述制备过程中银纳米线的乙醇溶液的用量分别为10mL、25mL或50mL。
优选的，上述滤膜为0.22μm，型号为Celgard 2400。
上述制备方法制得的三明治结构的石墨烯/银纳米线/聚丙烯柔性导电薄膜。
上述三明治结构的石墨烯/银纳米线/聚丙烯柔性导电薄膜在LED中的应用。
有益效果：本发明所制备具有三明治结构的石墨烯/银纳米线/聚丙烯柔性导电薄膜，上层石墨烯经过150℃低温热压初步还原和小剂量HI二次还原，其表面方阻已达百欧量级，而且还原方法节能、绿色；通过复合银纳米线进一步降低表面方阻，可实现方阻<10Ω，并且上层的石墨烯层可对银纳米线起到一个封装保护的作用，阻止其在空气中氧化，进而提高使用寿命；底层为可随意弯折的高分子聚丙烯，使复合薄膜可大幅度形变。在制备过程中以真空抽滤为成膜方法，工序简便易行。在制备过程中以压力作为叠层结构的手段，使热压还原石墨烯过程同时兼具复合过程，一举两得。
附图说明
图1为三明治结构的复合薄膜制备过程示意图；
图2为抽滤的氧化石墨烯薄膜实物图；
图3为抽滤的氧化石墨烯薄膜的SEM图；
图4为热压后的氧化石墨烯薄膜的SEM图；
图5为复合薄膜的实物图；
图6为复合薄膜在LED中的应用示意图。
具体实施方式
实施例1：
a.采用抽滤法制备GO薄膜：配制浓度为0.1mg/mL的氧化石墨烯/乙醇溶液，取100mL置于真空抽滤装置内(滤膜为0.22μm，Celgard 2400)，连续抽滤10h，自然晾干后，从滤纸上剥离直径为4cm的GO薄膜。
b.将GO薄膜裁剪成1.5cmⅹ1.5cm的正方形小片，将GO薄膜放入热压机的压槽内进行氧化石墨烯的还原(温度为150℃，时间为900s)。
c.将薄膜取出，自然冷却后在石墨烯表面涂敷1mL HI，室温放置24h。
d.将薄膜置于数字式四探针方阻测量仪中，随机取3个区域，每个区域测量四组数据。
实施例2：
a.采用抽滤法制备GO薄膜：配制浓度为0.1mg/mL的氧化石墨烯/乙醇溶液，取100mL置于真空抽滤装置内(滤膜为0.22μm，Celgard 2400)，连续抽滤10h，自然晾干后，从滤纸上剥离直径为4cm的GO薄膜。
b.采用抽滤法制备AgNWs/PP薄膜：配制AgNWs/PP浓度为0.1mg/mL的乙醇溶液，取10mL置于真空抽滤装置内(滤膜为0.22μm，Celgard 2400)，连续抽滤2h，自然晾干。
c.将上述两类薄膜裁剪成1.5cmⅹ1.5cm的正方形小片，将GO薄膜覆盖在AgNWs/PP薄膜上，放入热压机的压槽内进行氧化石墨烯的还原和三明治结构的复合(温度为150℃，时间为900s)。
d.将复合薄膜取出，自然冷却后在石墨烯表面涂敷1mL HI，室温放置24h。
e.将复合薄膜置于数字式四探针方阻测量仪中，随机取3个区域，每个区域测量四组数据。
实施例3：
a.采用抽滤法制备GO薄膜：配制浓度为0.1mg/mL的氧化石墨烯/乙醇溶液，取100mL置于真空抽滤装置内(滤膜为0.22μm，Celgard 2400)，连续抽滤10h，自然晾干后，从滤纸上剥离直径为4cm的GO薄膜。
b.采用抽滤法制备AgNWs/PP薄膜：配制AgNWs/PP浓度为0.1mg/mL的乙醇溶液，取25mL置于真空抽滤装置内(滤膜为0.22μm，Celgard 2400)，连续抽滤2h，自然晾干。
c.将上述两类薄膜裁剪成1.5cmⅹ1.5cm的正方形小片，将GO薄膜覆盖在AgNWs/PP薄膜上，放入热压机的压槽内进行氧化石墨烯的还原和三明治结构的复合(温度为150℃，时间为900s)。
d.将复合薄膜取出，自然冷却后在石墨烯表面涂敷1mL HI，室温放置24h。
e.将复合薄膜置于数字式四探针方阻测量仪中，随机取3个区域，每个区域测量四组数据。
实施例4：
a.采用抽滤法制备GO薄膜：配制浓度为0.1mg/mL的氧化石墨烯/乙醇溶液，取100mL置于真空抽滤装置内(滤膜为0.22μm，Celgard 2400)，连续抽滤10h，自然晾干后，从滤纸上剥离直径为4cm的GO薄膜。
b.采用抽滤法制备AgNWs/PP薄膜：配制AgNWs/PP浓度为0.1mg/mL的乙醇溶液，取50mL置于真空抽滤装置内(滤膜为0.22μm，Celgard 2400)，连续抽滤2h，自然晾干。
c.将上述两类薄膜裁剪成1.5cmⅹ1.5cm的正方形小片，将GO薄膜覆盖在AgNWs/PP薄膜上，放入热压机的压槽内进行氧化石墨烯的还原和三明治结构的复合(温度为150℃，时间为900s)。
d.将复合薄膜取出，自然冷却后在石墨烯表面涂敷1mL HI，室温放置24h。
e.将复合薄膜置于数字式四探针方阻测量仪中，随机取3个区域，每个区域测量四组数据。
实施例5：
不同银纳米线负载量的薄膜平均表面方阻如下表所示：
由表中数据可得，随着银纳米线质量密度的增大，复合薄膜的表面方阻随之减小。由此可知实施例4中制备得到的石墨烯/银纳米线/聚丙烯导电薄膜表面方阻最小，导电性最好。
将实施例4中制备得到的复合薄膜置于LED的电路中(电源为3节纽扣电池，每节纽扣电池电压为1.5V)，通过导线两端接触复合薄膜的表面(石墨烯面)，从而接通电路，使LED发光。
Claims (5)
1.一种具有三明治结构的石墨烯柔性高导电薄膜的制备方法，其特征在于制备步骤为：
a. 采用抽滤法制备GO薄膜：按比例，配制浓度为0.1-0.3 mg/mL的氧化石墨烯的乙醇溶液，取100 mL置于带滤膜的真空抽滤装置内，连续抽滤10 h以上，自然晾干后，从滤纸上剥离下GO薄膜；
b. 采用抽滤法制备AgNWs/PP薄膜：配制浓度为0.1-0.3 mg/mL的银纳米线的乙醇溶液，取10-50 mL置于带滤膜的真空抽滤装置内，连续抽滤2-3 h，自然晾干得AgNWs/PP薄膜；
c. 将上述两类薄膜裁剪成片，将GO薄膜覆盖在AgNWs/PP薄膜上，放入热压机的压槽内进行氧化石墨烯的还原和三明治结构的复合，温度为130-180℃，时间为700-1000 s；
d．将复合薄膜取出，自然冷却后在石墨烯表面涂敷0.44-0.88 mL/cm2的HI，室温放置至少24小时。
2.根据权利要求1所述具有三明治结构的石墨烯柔性高导电薄膜的制备方法，其特征在于所述制备过程中银纳米线的乙醇溶液的用量分别为10 mL、25 mL或50 mL。
3.根据权利要求1所述具有三明治结构的石墨烯柔性高导电薄膜的制备方法，其特征在于所述滤膜为0.22 μm，型号为Celgard 2400。
4.权利要求1-3任一所述制备方法制得的三明治结构的石墨烯/银纳米线/聚丙烯柔性导电薄膜。
5.权利要求4所述三明治结构的石墨烯/银纳米线/聚丙烯柔性导电薄膜在LED中的应用。
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