CN110255535A - 一种导电石墨烯膜的制备方法 - Google Patents

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任志东
陈宇滨
郝思嘉
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Abstract

本发明涉及一种导电石墨烯膜的制备方法，包括如下步骤：步骤一、将氧化石墨烯加入到去离子水中形成混合液，并对混合液进行搅拌和超声分散处理，再通过抽真空排除混合液中的气泡，得到氧化石墨烯悬浮液；步骤二、将氧化石墨烯悬浮液置于模具中，并进行冷冻干燥处理，能得到具有蜂窝结构的氧化石墨烯宏观体；步骤三、对氧化石墨烯宏观体进行冷压，将氧化石墨烯宏观体压成氧化石墨烯膜；步骤四、对氧化石墨烯膜进行化学还原和热还原，将能得到石墨烯膜。本发明采用机械冷压、化学还原和热还原有机结合的方法，将具有蜂窝结构的氧化石墨烯宏观体制成石墨烯膜，其尺寸不受到限制，且工艺简单、生产高效，解决了现有石墨烯膜产品制备效率低和尺寸小等问题。

Description

一种导电石墨烯膜的制备方法
技术领域
本发明涉及石墨烯材料制备领域；具体涉及导电石墨烯膜的制备方法。
背景技术
树脂基碳纤维复合材料的基体多是绝缘体，其电阻率为10-13～10-17S/m。高电阻的复合材料接触大电流时，很难将这些大能量的电流传导出去，而大能量的聚集将导致复合材料的局部电离击穿，破坏复合材料制件。目前，高电阻复合材料应对高压放电的保护措施有两种，一种是在复合材料的外表面，铺设整体金属；另一种是在复合材料的外表面，喷涂金属层或放置金属网。这两种方法可以有效地改善复合材料的表面导电性，起到防护效果。但是，目前常用导电胶膜的面密度为300～400g/m2，对复合材料制件的增重显著。探索和开发低面密度、高导电的膜材料，替代现有的防护材料，可实现复合材料制件的减重。
石墨烯是一种二维碳材料，其碳原子层内强的π-π堆积及范德华力作用，使石墨烯及其衍生物具有良好的成膜性，且石墨烯具有高的载流子传输效率，高的电导率、热导率及低的密度。这些优点使石墨烯成为制备轻质功能膜材料的选择之一。目前，石墨烯膜的制备方法有真空抽滤法、电泳沉积法、化学气相沉积法和还原氧化石墨烯膜等多种方法。2007年，Ruoff等通过真空抽滤氧化石墨烯水溶液的方法，首次制备了氧化石墨烯纸，而对氧化石墨烯纸进行化学还原或热还原，将能得到高导电的石墨烯膜。陈剑等则是采用机械冷压石墨烯的方法制备了石墨烯纸，其电导率高达1097S/cm。该方法简单快捷，较之真空抽滤法，其制备时间大大缩短。
目前，石墨烯膜相关产品的一个不足是石墨烯膜的尺寸有限，其长*宽一般不超过200mm*200mm。本发明第一次提出利用机械冷压氧化石墨烯宏观体，且对其进行还原的方法制备大尺寸的石墨烯膜。
发明内容
本发明的目的是：解决现有石墨烯膜的制备工艺时间长、制备效率低，且石墨烯膜均匀性差、电性能差、致密性低和尺寸小的问题，提供一种新的基于氧化石墨烯宏观体的大尺寸高导电石墨烯膜的制备方法。本发明构筑具有蜂窝结构的氧化石墨烯宏观体，且对其进行机械冷压和还原，得到了大尺寸的石墨烯膜，解决了石墨烯膜的制备效率低、致密性差和尺寸小等问题。
本发明的技术方案是：
提供一种导电石墨烯膜的制备方法，包括如下步骤：
步骤一、将氧化石墨烯加入到去离子水中形成混合液，并对混合液进行搅拌和超声分散处理，再通过抽真空排除混合液中的气泡，得到氧化石墨烯悬浮液；
步骤二、将氧化石墨烯悬浮液置于模具中，并进行冷冻干燥处理，能得到具有蜂窝结构的氧化石墨烯宏观体，宏观体密度为0.0001g·cm-3～0.0500g·cm-3；
步骤三、对氧化石墨烯宏观体进行冷压，将氧化石墨烯宏观体压成氧化石墨烯膜，膜厚度为10～100μm；
步骤四、对氧化石墨烯膜进行化学还原和热还原，将能得到石墨烯膜，膜厚度为10～100μm，膜密度为0.5g·m-2～2500g·m-2。
进一步的，步骤一中，所述的悬浮液的浓度为0.1mg/mL～50mg/mL。
进一步的，步骤一中，搅拌、超声分散、抽真空除气泡依次进行，且搅拌的速度为100～1000转/分，搅拌时间为12h～48h；超声分散处理的时间为2min～20min；抽真空处理的真空度为0.01Pa～105Pa，处理时间为30min～120min。
进一步的，步骤二中，模具的材质为金属或塑料，优选地为304不锈钢、铝或聚丙烯。
进一步的，步骤二中冷冻干燥处理的冷冻温度为-35℃～-20℃，冷冻时间为5h～20h。
进一步的，步骤三中冷压的参数为：压强为10MPa～1000MPa，冷压时间为10min～100min。
进一步的，步骤三中，压后的氧化石墨烯膜的面密度不高于2500g·m-2。
进一步的，步骤四中的化学还原和热还原依次进行，且化学还原所用试剂为水蒸汽、水合肼的蒸汽、氢碘酸的蒸汽中的至少一种；热还原的温度为1000℃～2800℃，热还原时间为30min～90min，热还原的气氛为氩气或氮气。
本发明的优点是：本发明采用机械冷压、化学还原和热还原有机结合的方法，将具有蜂窝结构的氧化石墨烯宏观体制成石墨烯膜，其尺寸不受到限制，能够根据模具的尺寸控制石墨烯膜的大小，该方法对氧化石墨原料没有特殊要求，且工艺简单、生产高效，能制备不同尺寸的石墨烯膜产品，满足不同的工程需求，解决了现有石墨烯膜相关产品对原料要求苛刻且工艺时间长、制备效率低和尺寸小等问题。另外，本发明制备的石墨烯膜具有好的电性能、电磁屏蔽性能和导热性能。
附图说明
图1是氧化石墨烯宏观体的扫描电镜图；
具体实施方式
下面对本发明做进一步详细说明。
通过以下几个优选的例子对本发明做进一步的详细说明，如无特别说明，下列具体实施例中各个物质的用量为质量含量。
案例1：
将9g采用200目鳞片石墨制备的氧化石墨烯加入到1800mL去离子水中形成混合液，以200转/分的搅拌速度搅拌混合液6h，之后对该混合液超声分散处理5min，并利用真空度为104Pa的真空烘箱抽真空处理30min，得到氧化石墨烯悬浮液，其浓度为5mg/mL。
将制备的氧化石墨悬浮液倒入尺寸为300mm*300mm*20mm的聚丙烯模具中，进行冷冻干燥处理，冷冻温度-20℃，冷冻时间为5h。得到具有蜂窝结构的氧化石墨烯宏观体。之后对制备的氧化石墨烯宏观体施加压强为100MPa的压力，保压20min，得到长*宽为300mm*300mm的氧化石墨烯膜。
将制备的氧化石墨烯膜置于含有水合肼水溶液的密闭容器中，且在100℃对其加热处理120min，之后将该膜在氩气气氛中2300℃条件下处理30min，制得长*宽为300mm*300mm的石墨烯膜，其表面电阻率为10mΩ·cm，热导率为1200W/m·K，电磁屏蔽参数为60dB。
案例2：
将50g采用32目鳞片石墨制备的氧化石墨烯加入到5000mL去离子水中形成混合液，以500转/分的搅拌速度搅拌混合液24h，之后对该混合液超声分散处理5min，并利用真空度为2*104Pa的真空烘箱抽真空处理90min，得到氧化石墨烯悬浮液，其浓度为10mg/mL。
将制备的氧化石墨悬浮液倒入尺寸为500mm*500mm*20mm的铝质模具中，进行冷冻干燥处理，冷冻温度-35℃，冷冻时间为10h。得到具有蜂窝结构的氧化石墨烯宏观体。之后对制备的氧化石墨烯宏观体施加压强为500MPa的压力，保压30min，得到长*宽为500mm*500mm的氧化石墨烯膜。
将制备的氧化石墨烯膜置于含有氢碘酸水溶液的密闭容器中，且在120℃对其加热处理180min，之后将该膜在氩气气氛中2600℃条件下处理60min，制得长*宽为500mm*500mm的石墨烯膜，其表面电阻率为8mΩ·cm。

Claims (10)

1.一种导电石墨烯膜的制备方法，包括如下步骤：
步骤一、将氧化石墨烯加入到去离子水中形成混合液，并对混合液进行搅拌和超声分散处理，再通过抽真空排除混合液中的气泡，得到氧化石墨烯悬浮液；
步骤二、将氧化石墨烯悬浮液置于模具中，并进行冷冻干燥处理，能得到具有蜂窝结构的氧化石墨烯宏观体，宏观体密度为0.0001g·cm-3～0.0500g·cm-3；
步骤三、对氧化石墨烯宏观体进行冷压，将氧化石墨烯宏观体压成氧化石墨烯膜，膜厚度为10～100μm；
步骤四、对氧化石墨烯膜进行化学还原和热还原，将能得到石墨烯膜，膜厚度为10～100μm，膜密度为0.5g·m-2～2500g·m-2。
2.如权利要求1所述的一种石墨烯膜的制备方法，其特征在于：步骤一中，所述的悬浮液的浓度为0.1mg/mL～50mg/mL。
3.如权利要求1所述的一种导电石墨烯膜的制备方法，其特征在于：步骤一中，搅拌、超声分散、抽真空除气泡依次进行，且搅拌的速度为100～1000转/分，搅拌时间为12h～48h；超声分散处理的时间为2min～20min；抽真空处理的真空度为0.01Pa～105Pa，处理时间为30min～120min。
4.如权利要求1所述的一种导电石墨烯膜的制备方法，其特征在于：步骤二中，模具的材质为金属或塑料。
5.如权利要求1所述的一种导电石墨烯膜的制备方法，其特征在于：步骤二中冷冻干燥处理的冷冻温度为-35℃～-20℃，冷冻时间为5h～20h。
6.如权利要求1所述的一种导电石墨烯膜的制备方法，其特征在于：步骤三中冷压的参数为：压强为10MPa～1000MPa，冷压时间为10min～100min。
7.如权利要求1所述的一种导电石墨烯膜的制备方法，其特征在于：步骤三中，压后的氧化石墨烯膜的面密度不高于2500g·m-2。
8.如权利要求1所述的一种导电石墨烯膜的制备方法，其特征在于：步骤四中的化学还原和热还原依次进行，且化学还原所用试剂为水蒸汽、水合肼的蒸汽、氢碘酸的蒸汽中的至少一种；热还原的温度为1000℃～2800℃，热还原时间为30min～90min，热还原的气氛为氩气或氮气。
9.如权利要求4所述的一种导电石墨烯膜的制备方法，其特征在于：步骤二中，模具的材质为304不锈钢、铝或聚丙烯。
10.如权利要求1所述的一种导电石墨烯膜的制备方法，其特征在于：步骤四的石墨烯膜的面密度小于步骤三的氧化石墨烯膜的面密度。
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Citations (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103420352A (zh) * 2013-08-08 2013-12-04 四川大学 一种高氟含量氟化石墨烯及其制备方法
KR20140019642A (ko) * 2012-08-07 2014-02-17 정은아 동결건조에 의한 그라핀 산화물 스폰지 제조방법
CN104261391A (zh) * 2014-09-23 2015-01-07 浙江碳谷上希材料科技有限公司 一种自支撑的石墨烯水凝胶膜及其制备方法
CN104291329A (zh) * 2014-09-28 2015-01-21 北京理工大学 一种石墨烯海绵及其制备方法
CN104362002A (zh) * 2014-09-23 2015-02-18 浙江碳谷上希材料科技有限公司 一种具有取向结构的石墨烯水凝胶膜电极
CN104661959A (zh) * 2012-08-23 2015-05-27 莫纳什大学 石墨烯基材料
CN105523547A (zh) * 2016-01-25 2016-04-27 浙江大学 一种超柔性高导热石墨烯膜及其制备方法
CN105883781A (zh) * 2016-03-09 2016-08-24 王祉豫 一种大面积还原氧化石墨烯膜的制备方法
CN106986332A (zh) * 2017-05-04 2017-07-28 哈尔滨赫兹新材料科技有限公司 一种柔性高导电石墨烯薄膜的制备方法
CN107010618A (zh) * 2017-04-28 2017-08-04 哈尔滨工业大学 一种高定向石墨烯散热薄膜的制备方法及散热薄膜
US20180040874A1 (en) * 2016-08-08 2018-02-08 Nanotek Instruments, Inc. Process for producing graphene oxide-bonded metal foil thin film current collector for a battery or supercapacitor
CN109455708A (zh) * 2018-12-12 2019-03-12 中国科学院新疆理化技术研究所 一种超疏水三维石墨烯膜的制备方法

Patent Citations (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20140019642A (ko) * 2012-08-07 2014-02-17 정은아 동결건조에 의한 그라핀 산화물 스폰지 제조방법
CN104661959A (zh) * 2012-08-23 2015-05-27 莫纳什大学 石墨烯基材料
CN103420352A (zh) * 2013-08-08 2013-12-04 四川大学 一种高氟含量氟化石墨烯及其制备方法
CN104261391A (zh) * 2014-09-23 2015-01-07 浙江碳谷上希材料科技有限公司 一种自支撑的石墨烯水凝胶膜及其制备方法
CN104362002A (zh) * 2014-09-23 2015-02-18 浙江碳谷上希材料科技有限公司 一种具有取向结构的石墨烯水凝胶膜电极
CN104291329A (zh) * 2014-09-28 2015-01-21 北京理工大学 一种石墨烯海绵及其制备方法
CN105523547A (zh) * 2016-01-25 2016-04-27 浙江大学 一种超柔性高导热石墨烯膜及其制备方法
CN105883781A (zh) * 2016-03-09 2016-08-24 王祉豫 一种大面积还原氧化石墨烯膜的制备方法
US20180040874A1 (en) * 2016-08-08 2018-02-08 Nanotek Instruments, Inc. Process for producing graphene oxide-bonded metal foil thin film current collector for a battery or supercapacitor
CN107010618A (zh) * 2017-04-28 2017-08-04 哈尔滨工业大学 一种高定向石墨烯散热薄膜的制备方法及散热薄膜
CN106986332A (zh) * 2017-05-04 2017-07-28 哈尔滨赫兹新材料科技有限公司 一种柔性高导电石墨烯薄膜的制备方法
CN109455708A (zh) * 2018-12-12 2019-03-12 中国科学院新疆理化技术研究所 一种超疏水三维石墨烯膜的制备方法

Non-Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
付长璟: "《石墨烯的制备、结构及应用》", 30 June 2017, 哈尔滨工业大学出版社 *
刘菲 等: "氧化石墨烯膜材料的制备与应用进展", 《化工新型材料》 *
刘道荣 等: "《金器鉴赏与工艺》", 31 January 2005, 百花文艺出版社 *
孟娜: "《聚合物/氧化石墨烯纳米复合膜制备及其分离性能研究》", 30 September 2017, 中国矿业大学出版社 *

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