CN111547708A - 超光滑厚度可控大尺寸石墨烯涂层制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了超光滑厚度可控大尺寸石墨烯涂层制备方法。该方法包括：将金属基板置于氧化石墨烯水溶液中，采用电泳沉积法在金属基板上沉积氧化石墨烯胶体；对表面沉积有氧化石墨烯胶体的金属基板进行干燥，在金属基板上形成氧化石墨烯涂层；在真空干燥箱中对氧化石墨烯涂层进行高温烘烤，使氧化石墨烯还原得到石墨烯涂层；在待涂覆石墨烯涂层的目标基材表面涂布树脂，将目标基材涂布树脂的一面与金属基板具有石墨烯涂层的一面贴合并使树脂固化；将目标基材与金属基板分离，以便在目标基材表面形成石墨烯涂层。该方法工艺简单且成本低，可以制得厚度可精确控制、具有超光滑表面的大尺寸石墨烯涂层，该石墨烯涂层表面缺陷少且性能好。

Description

超光滑厚度可控大尺寸石墨烯涂层制备方法

技术领域

本发明属于化学领域，具体而言，涉及超光滑厚度可控大尺寸石墨烯涂层制备方法。

背景技术

石墨烯作为碳元素的二维形态，显示出了卓越的力学性能、化学稳定性和热学性能、自润滑性能以及耐磨损性能，因此石墨烯通常被用来制备加热涂层、耐腐蚀涂层以及自润滑涂层，然而，石墨烯涂层的制备工艺对石墨烯涂层的性能会产生很严重的影响。石墨烯涂层的制备是其工程应用的主要障碍之一，虽然用化学气相沉积方法可以均匀地制备出大尺寸的石墨烯薄膜，但化学气相沉积工艺对沉积设备的要求很高，并且只适用于沉积单层或者少层石墨烯，此外化学气相沉积的石墨烯薄膜在液相转移过程中会受到污染从而影响其性能，限制了石墨烯薄膜的应用。因此研究人员提出了很多基于溶液的石墨烯涂层沉积方法，包括浸渍涂布法(dip coating)、逐层掺杂法(layer by layer doping)和喷涂法(spray coating)。基于溶液的石墨烯涂层制备方法对设备要求较低，更具成本效益，但这些方法仍旧存在许多缺点，例如难以控制石墨烯涂层的厚度，并且采用这些方法制备的石墨烯涂层表面较为粗糙，而粗糙的涂层表面存在较多的缺陷，会对石墨烯涂层的耐腐蚀、耐磨损等性能产生不利影响。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出超光滑厚度可控大尺寸石墨烯涂层制备方法。该方法不仅工艺简单且成本低，而且通过电泳沉积及机械剥离的方法还能得到厚度可精确控制、具有超光滑表面的大尺寸石墨烯涂层，从而能够有效解决传统石墨烯涂层制备方法难以控制涂层厚度以及涂层表面粗糙的固有问题，促进石墨烯涂层的工业应用。

根据本发明的第一个方面，本发明提出了一种超光滑厚度可控大尺寸石墨烯涂层制备方法。根据本发明的实施例，该方法包括：

(1)将金属基板置于氧化石墨烯水溶液中，采用电泳沉积法在所述金属基板上沉积氧化石墨烯胶体；

(2)对表面沉积有氧化石墨烯胶体的金属基板进行干燥处理，以便在所述金属基板上形成氧化石墨烯涂层；

(3)在真空干燥箱中对所述氧化石墨烯涂层进行高温烘烤，以便使所述氧化石墨烯还原得到石墨烯涂层；

(4)在待涂覆石墨烯涂层的目标基材表面涂布树脂，将所述目标基材涂布树脂的一面与所述金属基板具有石墨烯涂层的一面贴合并使所述树脂固化；

(5)将所述目标基材与所述金属基板分离，以便在所述目标基材表面形成石墨烯涂层。

与传统的基于溶液的石墨烯涂层制备方法相比，本发明上述实施例的超光滑厚度可控大尺寸石墨烯涂层制备方法采用电泳沉积工艺首先在金属基板上沉积氧化石墨烯涂层，并通过控制电泳参数有效控制氧化石墨烯涂层的厚度及其均匀性，可以更好控制涂层的质量，进而通过烘烤可以使电泳沉积的氧化石墨烯涂层有效还原，从而得到均匀且厚度可控的石墨烯涂层；进一步的，本发明中在目标基材上涂布树脂，将涂布树脂的一面与石墨烯涂层贴合，树脂固化后将目标基材揭下，由于石墨烯涂层与树脂之间粘附力较差，而与固化后的树脂粘附力强，因此将目标基材揭下后可以在涂布树脂表面得到完整的石墨烯涂层，该方法由于不需要将制得的石墨烯涂层浸入溶液去除沉积时的金属基板，因此不会对石墨烯涂层造成污染；此外，本发明可以采用表面粗糙度较小的金属基板(例如经抛光处理后的金属基板)，并且在树脂固化后整片转移，从而使形成在目标基材表面的石墨烯涂层表面平整且具有极低的表面粗糙度，由此可以显著降低石墨烯涂层的表面缺陷，从而进一步提高石墨烯涂层的性能。综上，本发明上述实施例的超光滑厚度可控大尺寸石墨烯涂层制备方法不仅工艺简单、成本低，还可以通过选择不同表面粗糙度的金属基板、不同的电泳沉积时间和不同的电泳电压在目标基材表面形成具有不同厚度、表面粗糙度以及透光性的石墨烯涂层，从而不仅能得到厚度可精确控制、具有超光滑表面的大尺寸石墨烯涂层，有效解决传统石墨烯涂层制备方法难以控制涂层厚度以及涂层表面粗糙的固有问题，还能有效降低石墨烯涂层的制造成本并且有效提高石墨烯涂层的质量，为石墨烯涂层的工业应用起到较好的促进作用。

另外，根据本发明上述实施例的超光滑厚度可控大尺寸石墨烯涂层制备方法还可以具有如下附加的技术特征：

在本发明的一些实施例中，步骤(1)中，所述电泳沉积的电压为0.1～50V，电泳时间为5～1200s。

在本发明的一些实施例中，所述电泳沉积的电压为5～10V。

在本发明的一些实施例中，步骤(1)中，所述氧化石墨烯水溶液的浓度为0.1～10mg/mL。

在本发明的一些实施例中，步骤(1)中，所述氧化石墨烯水溶液采用超声分散法得到。

在本发明的一些实施例中，步骤(1)中，所述金属基板为抛光金属基板，所述金属基板的粗糙度为0.1～100nm。

在本发明的一些实施例中，所述金属基板的粗糙度为0.5～20nm。

在本发明的一些实施例中，步骤(1)中，所述金属基板的材质为不锈钢、铜、铝合金或钛合金。

在本发明的一些实施例中，所述金属基板的形状为平面片状、圆弧形片状或圆柱体。

在本发明的一些实施例中，步骤(1)中，所述金属基板的厚度为0.01～10mm。

在本发明的一些实施例中，步骤(4)中，所述目标基材的材质为氮化硅、玻璃、硅片、不锈钢、铜、铝合金或钛合金。

在本发明的一些实施例中，步骤(4)中，所述目标基材的形状为平面片状、圆弧形片状或圆柱体。

在本发明的一些实施例中，步骤(4)中，所述树脂为选自聚酯、环氧树脂、聚氨酯树脂、酚醛树脂和丙烯酸树脂中的至少一种。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是根据本发明一个实施例的超光滑厚度可控大尺寸石墨烯涂层制备方法流程图。

图2是根据本发明一个实施例的超光滑厚度可控大尺寸石墨烯涂层制备方法示意图。

图3是根据本发明再一个实施例的超光滑厚度可控大尺寸石墨烯涂层制备方法示意图。

图4是根据本发明一个实施例的不锈钢基板表面沉积的氧化石墨烯薄膜横截面电镜图。

图5是根据本发明一个实施例的利用表面粗糙度3nm的不锈钢片，10V电压10min沉积时间制备的超光滑(粗糙度为3nm)的石墨烯涂层表面形貌图。

图6是根据本发明一个实施例的利用表面粗糙度3nm的不锈钢片，10V电压10min沉积时间制备的超光滑(粗糙度为3nm)的石墨烯涂层表面实物图。

图7是根据本发明一个实施例的利用表面粗糙度1nm的不锈钢片，5V电压2min沉积时间制备的超光滑(粗糙度为1nm)的石墨烯涂层表面形貌图。

图8是根据本发明一个实施例的利用表面粗糙度1nm的不锈钢片，5V电压2min沉积时间制备的超光滑(粗糙度为1nm)的石墨烯涂层表面实物图。

图9是根据本发明一个实施例的利用表面粗糙度1nm的不锈钢片，5V电压2min沉积时间制备的超光滑(粗糙度为1nm)的石墨烯涂层边缘AFM扫描图片。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

针对当前石墨烯涂层制备方法中存在的不足，本发明的目的是通过简单且低成本的电泳沉积涂层制备工艺以及机械剥离的方法制备一种厚度可精确控制、具有超光滑表面的大尺寸石墨烯涂层。

为此，根据本发明的第一个方面，本发明提出了一种超光滑厚度可控大尺寸石墨烯涂层制备方法。根据本发明的实施例，如图1或2所示，该方法包括：(1)将金属基板置于氧化石墨烯水溶液中，采用电泳沉积法在金属基板上沉积氧化石墨烯胶体；(2)对表面沉积有氧化石墨烯胶体的金属基板进行干燥处理，以便在金属基板上形成氧化石墨烯涂层；(3)在真空干燥箱中对氧化石墨烯涂层进行高温烘烤，以便使氧化石墨烯还原得到石墨烯涂层；(4)在待涂覆石墨烯涂层的目标基材表面涂布树脂，将目标基材涂布树脂的一面与金属基板具有石墨烯涂层的一面贴合并使树脂固化；(5)将目标基材与金属基板分离，以便在目标基材表面形成石墨烯涂层。该方法不仅工艺简单、成本低，还可以通过选择不同表面粗糙度的金属基板、不同的电泳沉积时间和不同的电泳电压在目标基材表面形成具有不同厚度、表面粗糙度以及透光性的石墨烯涂层，从而不仅能得到厚度可精确控制、具有超光滑表面的大尺寸石墨烯涂层，有效解决传统石墨烯涂层制备方法难以控制涂层厚度以及涂层表面粗糙的固有问题，还能有效降低石墨烯涂层的制造成本并且有效提高石墨烯涂层的质量，为石墨烯涂层的工业应用起到较好的促进作用。

下面主要从两个部分对本发明上述实施例的超光滑厚度可控大尺寸石墨烯涂层制备方法进行详细描述。

在金属基板上形成石墨烯涂层

根据本发明的实施例，将金属基板置于氧化石墨烯水溶液中，采用电泳沉积法在金属基板上沉积氧化石墨烯胶体；对表面沉积有氧化石墨烯胶体的金属基板进行干燥处理，以便在金属基板上形成氧化石墨烯涂层；在真空干燥箱中对氧化石墨烯涂层进行高温烘烤，以便使氧化石墨烯还原得到石墨烯涂层。与传统的基于溶液的石墨烯涂层制备方法相比，本发明中采用电泳沉积工艺可以更好控制涂层的质量，并且通过烘烤可以使电泳沉积的氧化石墨烯涂层有效还原，从而得到均匀且厚度可控的石墨烯涂层；进一步地，通过选择不同表面粗糙度的不锈钢基板、不同的电泳沉积时间和不同的电泳电压，还可以获得具有不同厚度、表面粗糙度以及透光性的石墨烯涂层。

根据本发明的一个具体实施例，电泳沉积的电压可以为0.1～50V，例如可以为1V、2.5V、5V、7.5V、10V、15V、20V、25V、30V或50V等，电泳时间可以为5～1200s，例如可以为10s、60s、120s、240s、480s、600s、800s或1200s等，由此可以根据实际需要，通过选择不同的电泳时间及电泳电压来精确控制石墨烯涂层的厚度及石墨烯涂层的均匀度。优选地，电泳沉积的电压可以为5～10V，例如可以为5V、6V、7V、7.5V、8V、9V或10V等，发明人发现，随着电泳时间及电泳电压的增加，石墨烯涂层的厚度也不断变大，然而若电泳电压过大会导致水的电解，从而产生气泡，影响石墨烯涂层的均匀度，本发明通过控制电泳电压为上述范围，可以进一步确保石墨烯涂层具有较好的均匀度。

根据本发明的再一个具体实施例，如图3所示，采用电泳沉积法在金属基板上沉积氧化石墨烯胶体时，可以将金属基板作为正极并将石墨板作为负极与直流电源相连，并将金属基板和石墨板浸入氧化石墨烯溶液中通电进行，由此可以进一步有利于石墨烯涂层的厚度及均匀度。进一步地，金属基板与石墨板之间的间距可以为0.1～10cm，例如可以为0.1cm、1cm、1.5cm、2cm、3cm、5cm、7cm或10cm等，由此可以进一步有利于控制石墨烯涂层的厚度及均匀度。

根据本发明的又一个具体实施例，氧化石墨烯水溶液的浓度可以为0.1～10mg/mL，例如可以为0.8～1.5mg/mL、1～8mg/mL、0.1mg/mL、0.5mg/mL、1mg/mL、1.5mg/mL、2mg/mL、3mg/mL、4mg/mL、5mg/mL、6mg/mL、7mg/mL、8mg/mL、9mg/mL或10mg/mL等，本发明通过控制氧化石墨烯水溶液为上述浓度，可以进一步有利于在金属基板表面上沉积氧化石墨烯胶体。

根据本发明的又一个具体实施例，本发明中氧化石墨烯的来源并不受特别限制，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择，例如，氧化石墨烯水溶液可以采用超声分散法得到，如可以将氧化石墨烯与超纯水混合后置于超声分散仪内进行分散，由此可以进一步提高氧化石墨烯水溶液的均匀性，从而更有利于提高氧化石墨烯涂层的均匀度。

根据本发明的又一个具体实施例，金属基板可以为抛光金属基板，由此可以使金属基板具有更小的粗糙度，从而能够进一步有利于在目标基材上形成更为光滑的石墨烯涂层，大大降低石墨烯涂层的表面缺陷，进而能够进一步提高石墨烯涂层的性能。进一步地，金属基板的粗糙度可以为0.1～100nm，例如可以为0.5～20nm、1nm、3nm、5nm、10nm、20nm、30nm、40nm、50nm、60nm、70nm、80nm、90nm或100nm等，优选不大于20nm，更优选不大于3nm，金属基板表面越光滑，最终形成在目标基材上的石墨烯涂层的表面也越光滑，表面缺陷越少，本发明中通过选用上述粗糙度，可以进一步降低形成在目标基材上的石墨烯涂层的表面缺陷，从而进一步提高石墨烯涂层的性能。

根据本发明的又一个具体实施例，本发明中金属基板的材质和形状并不受特别限制，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择，例如，金属基板的材质可以为不锈钢、铜、铝合金或钛合金等，金属基板的形状可为平面片状、圆弧形片状或圆柱体等，再例如，金属基板可以为厚度为2mm的平面片状304不锈钢等。

根据本发明的又一个具体实施例，金属基板的厚度可以为0.01～10mm，例如可以为0.01mm、0.1mm、0.5mm、1mm、5mm或10mm等，由此可以对不同形状及尺寸的基板具有良好的适应性。

将石墨烯涂层转移至目标基材上

根据本发明的实施例，在待涂覆石墨烯涂层的目标基材表面涂布树脂，将目标基材涂布树脂的一面与金属基板具有石墨烯涂层的一面贴合并使树脂固化；将目标基材与金属基板分离，以便在目标基材表面形成石墨烯涂层。石墨烯涂层与树脂之间粘附力较差，但与固化后的树脂粘附力强，因此将目标基材与金属基板分离后可以在涂布树脂表面得到完整的石墨烯涂层，该方法由于不需要将制得的石墨烯涂层浸入溶液去除沉积时的金属基板，因此还不会对石墨烯涂层造成污染。

根据本发明的一个具体实施例，本发明中目标基材的材质及形状并不受特别限制，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择，只需要与金属基板的形状匹配即可。例如，目标基材的材质可以为氮化硅、玻璃、硅片、不锈钢、铜、铝合金或钛合金等，目标基材的形状为平面片状、圆弧形片状或圆柱体等，再例如目标基材可以为平面片状玻璃板等。

根据本发明的再一个具体实施例，本发明中选用的树脂可以为选自聚酯、环氧树脂、聚氨酯树脂、酚醛树脂和丙烯酸树脂中的至少一种，由此可以顺利地将金属基板上的石墨烯涂层转移至目标基材表面。

根据本发明的又一个具体实施例，可以将树脂与固化剂混合后再涂布于目标基材表面，由此可以进一步有利于树脂的固化。

根据本发明的又一个具体实施例，超光滑厚度可控大尺寸石墨烯涂层制备方法可以包括：1)采用超声分散的方法制备氧化石墨烯水溶液；2)采用电泳沉积的方法在抛光金属基板上沉积氧化石墨烯胶体；3)将表面沉积有氧化石墨烯胶体的金属基板从氧化石墨烯溶液中取出，干燥后得到氧化石墨烯涂层；4)在真空干燥箱中高温烘烤氧化石墨烯涂层，令氧化石墨烯还原从而得到石墨烯涂层；5)在转移基材上均匀涂布一层树脂，将涂布树脂一面与石墨烯涂层表面贴合后等待树脂固化；6)将转移基材从石墨烯表面揭下，从而在转移基材之上得到超光滑的石墨烯涂层，其中，氧化石墨烯水溶液的浓度可以为0.1～10mg/mL，例如1mg/mL；电泳沉积的电压可以为0.1～50V、电泳时间可以为5～1200s；金属基板可以为抛光金属基板，金属基板的粗糙度可以为0.1～100nm，例如不大于3nm，金属基板的材质可以为不锈钢、铜、铝合金或钛合金等，金属基板的形状可为平面片状、圆弧形片状或圆柱体等，金属基板的厚度可以为0.01～10mm；目标基材的材质可以为氮化硅、玻璃、硅片、不锈钢、铜、铝合金或钛合金等，目标基材的形状为平面片状、圆弧形片状或圆柱体等，树脂可以为聚酯、环氧树脂、聚氨酯树脂、酚醛树脂或丙烯酸树脂等。

综上所述，与传统的基于溶液的石墨烯涂层制备方法相比，本发明上述实施例的超光滑厚度可控大尺寸石墨烯涂层制备方法采用电泳沉积工艺首先在金属基板上沉积氧化石墨烯涂层，并通过控制电泳参数有效控制氧化石墨烯涂层的厚度及其均匀性，可以更好控制涂层的质量，进而通过烘烤可以使电泳沉积的氧化石墨烯涂层有效还原，从而得到均匀且厚度可控的石墨烯涂层；进一步的，本发明中在目标基材上涂布树脂，将涂布树脂的一面与石墨烯涂层贴合，树脂固化后将目标基材揭下，由于石墨烯涂层与树脂之间粘附力较差，而与固化后的树脂粘附力强，因此将目标基材揭下后可以在涂布树脂表面得到完整的石墨烯涂层，该方法由于不需要将制得的石墨烯涂层浸入溶液去除沉积时的金属基板，因此不会对石墨烯涂层造成污染；此外，本发明可以采用表面粗糙度较小的金属基板(例如经抛光处理后的金属基板)，并且在树脂固化后整片转移，从而使形成在目标基材表面的石墨烯涂层表面平整且具有极低的表面粗糙度，由此可以显著降低石墨烯涂层的表面缺陷，从而进一步提高石墨烯涂层的性能。综上，本发明上述实施例的超光滑厚度可控大尺寸石墨烯涂层制备方法不仅工艺简单、成本低，还可以通过选择不同表面粗糙度的金属基板、不同的电泳沉积时间和不同的电泳电压在目标基材表面形成具有不同厚度、表面粗糙度以及透光性的石墨烯涂层，从而不仅能得到厚度可精确控制、具有超光滑表面的大尺寸石墨烯涂层，有效解决传统石墨烯涂层制备方法难以控制涂层厚度以及涂层表面粗糙的固有问题，还能有效降低石墨烯涂层的制造成本并且有效提高石墨烯涂层的质量，为石墨烯涂层的工业应用起到较好的促进作用。

下面将结合实施例对本发明的方案进行解释。本领域技术人员将会理解，下面的实施例仅用于说明本发明，而不应视为限定本发明的范围。实施例中未注明具体技术或条件的，按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规产品。

实施例1

1)选用粒径为0.5～5μm的少层氧化石墨烯纳米片，将20mg氧化石墨烯与20mL超纯水进行混合，将混合物放入功率200W的超声分散仪内，在室温下分散2h，得到分散均匀的氧化石墨烯水溶液；

2)将氧化石墨烯溶液倒入电解池，负极的石墨板和正极的不锈钢片(即金属基板，粗糙度为3nm)与直流电源相连，将电极浸入氧化石墨烯溶液中，通电进行电泳沉积，电压为10V，电极间距为15mm，电泳时间为10min；

3)电泳沉积结束后，将不锈钢片从电解池中取出，置于层流台上于空气环境下干燥24h，得到氧化石墨烯涂层，其横截面形貌见图4；

4)干燥结束后在真空干燥箱中对氧化石墨烯涂层于80℃烘烤1h，100℃烘烤1h，120℃烘烤1h，150℃烘烤1h，170℃烘烤2h，使氧化石墨烯还原得到石墨烯涂层；

5)将10g E51环氧树脂与2.5g 593固化剂进行混合，搅拌均匀并且静置10min令反应过程中的气泡释放，然后将加入固化剂的环氧树脂均匀涂布在玻璃基材(即目标基材)上，涂布的厚度为5μm，将玻璃基板涂布树脂的一面贴在石墨烯涂层上，接触充分后在室温下静置固化24h；

6)将玻璃基板揭下，由于石墨烯薄膜和不锈钢基板间粘附性差，因此可以将沉积的石墨烯薄膜整片揭下，从而在玻璃基材涂布的树脂上得到均匀且表面超光滑的石墨烯薄膜，如图6所示。得到的石墨烯膜较厚，透明度较差。

实施例2

1)选用粒径为0.5～5μm的少层氧化石墨烯纳米片，将20mg氧化石墨烯与20mL超纯水进行混合，将混合物放入功率200W的超声分散仪内，在室温下分散2h，得到分散均匀的氧化石墨烯水溶液；

2)将氧化石墨烯溶液倒入电解池，负极的石墨板和正极的直径为20mm的圆弧形不锈钢片(即金属基板，粗糙度为3nm)与直流电源相连，将电极浸入氧化石墨烯溶液中，通电进行电泳沉积，电压为10V，电极间距为15mm，电泳时间为10min；

3)电泳沉积结束后，将圆弧形不锈钢片从电解池中取出，置于层流台上于空气环境下干燥24h，得到氧化石墨烯涂层；

4)干燥结束后在真空干燥箱中对氧化石墨烯涂层于80℃烘烤1h，100℃烘烤1h，120℃烘烤1h，150℃烘烤1h，170℃烘烤2h，使氧化石墨烯还原得到石墨烯涂层；

5)将10g E51环氧树脂与2.5g 593固化剂进行混合，搅拌均匀并且静置10min令反应过程中的气泡释放，然后将加入固化剂的环氧树脂均匀涂布在直径为20mm的圆弧形6061铝合金基材(即目标基材)外表面上，涂布的厚度为5μm，将直径20mm的圆弧形6061铝合金片涂布树脂的一面贴在石墨烯涂层上，接触充分后在室温下静置固化24h；

6)将6061铝合金基板揭下，由于石墨烯薄膜和不锈钢基板间粘附性差，因此可在铝合金表面涂布的树脂上得到均匀且表面超光滑的石墨烯薄膜。

实施例3

1)选用粒径为0.5～5μm的少层氧化石墨烯纳米片，将20mg氧化石墨烯与20mL超纯水进行混合，将混合物放入功率200W的超声分散仪内，在室温下分散2h，得到分散均匀的氧化石墨烯水溶液；

2)将氧化石墨烯溶液倒入电解池，负极的石墨板和正极的不锈钢片(即金属基板，粗糙度为1nm)与直流电源相连，将电极浸入氧化石墨烯溶液中，通电进行电泳沉积，电压为5V，电极间距为15mm，电泳时间为2min；

3)电泳沉积结束后，将不锈钢片从电解池中取出，置于层流台上于空气环境下干燥24h，得到氧化石墨烯涂层；

4)干燥结束后在真空干燥箱中对氧化石墨烯涂层于80℃烘烤1h，100℃烘烤1h，120℃烘烤1h，150℃烘烤1h，170℃烘烤2h，使氧化石墨烯还原得到石墨烯涂层；

5)将10g E51环氧树脂与2.5g 593固化剂进行混合，搅拌均匀并且静置10min令反应过程中的气泡释放，然后将加入固化剂的环氧树脂均匀涂布在玻璃基材(即目标基材)上，涂布的厚度为5μm，将玻璃基板涂布树脂的一面贴在石墨烯涂层上，接触充分后在室温下静置固化24h；

6)将玻璃基板揭下，由于石墨烯薄膜和不锈钢基板间粘附性差，因此可在玻璃表面涂布的树脂上得到均匀且表面超光滑的石墨烯薄膜。得到的石墨烯薄膜的厚度很小，具有良好的透光性。

结果与结论：

分别对实施例1、实施例2和实施例3制备得到的石墨烯涂层进行分析和表征，其中，图4为实施例1中在不锈钢基板表面沉积的氧化石墨烯薄膜的横截面的电镜图，从图4中可以看出，采用电泳沉积得到的氧化石墨烯涂层具有完美的层状结构；图5为实施例1在目标基材上形成的石墨烯涂层的表面形貌图；图6为实施例1在目标基材上形成的石墨烯涂层的照片，其中照片背景为层流台，从图6中可以看出，实施例1制备得到的石墨烯涂层的透明度较差；图7为实施例3在目标基材上形成的石墨烯涂层的表面形貌图；图8为实施例3在目标基材上形成的石墨烯涂层的照片，其中照片背景为具有红色图案的纸张，从图8中可以看出，实施例3制备得到的石墨烯涂层的透明度较好，可以透过玻璃基材及固化树脂看到图案背景；图9为实施例3在不锈钢基板上形成的石墨烯涂层边缘的AFM扫描图片，图9中的插图代表的是石墨烯涂层边缘横线标记位置的高度扫描结果，在石墨烯涂层边缘处的高度差可反映石墨烯涂层的厚度，从图9中可以看出，石墨烯涂层的厚度范围在100nm左右。对比图5和图7可知，实施例3制备得到的石墨烯涂层的表面光滑度更好。

由此说明：1)可以通过控制电泳参数及金属基板的粗糙度有效控制石墨烯涂层的厚度、均匀性、表面光滑度及透光性，从而可以更好地控制涂层的质量；2)金属基板的粗糙度越小，制备得到的石墨烯涂层的表面缺陷越少，用作为加热涂层、耐腐蚀涂层以及自润滑涂层时具有更好的性能；3)采用机械剥离法可以成功地将石墨烯涂层整体转移至目标基材上，并保持石墨烯涂层整体结构不变。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种超光滑厚度可控大尺寸石墨烯涂层制备方法，其特征在于，

(1)将金属基板置于氧化石墨烯水溶液中，采用电泳沉积法在所述金属基板上沉积氧化石墨烯胶体；

(2)对表面沉积有氧化石墨烯胶体的金属基板进行干燥处理，以便在所述金属基板上形成氧化石墨烯涂层；

(3)在真空干燥箱中对所述氧化石墨烯涂层进行高温烘烤，以便使所述氧化石墨烯还原得到石墨烯涂层；

(4)在待涂覆石墨烯涂层的目标基材表面涂布树脂，将所述目标基材涂布树脂的一面与所述金属基板具有石墨烯涂层的一面贴合并使所述树脂固化；

(5)将所述目标基材与所述金属基板分离，以便在所述目标基材表面形成石墨烯涂层。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)中，所述电泳沉积的电压为0.1～50V，电泳时间为5～1200s，

任选地，所述电泳沉积的电压为5～10V。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)中，所述氧化石墨烯水溶液的浓度为0.1～10mg/mL。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)中，所述氧化石墨烯水溶液采用超声分散法得到。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)中，所述金属基板为抛光金属基板，所述金属基板的粗糙度为0.1～100nm，

优选地，所述金属基板的粗糙度为0.5～20nm。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)中，所述金属基板的材质为不锈钢、铜、铝合金或钛合金，

任选地，所述金属基板的形状为平面片状、圆弧形片状或圆柱体。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)中，所述金属基板的厚度为0.01～10mm。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(4)中，所述目标基材的材质为氮化硅、玻璃、硅片、不锈钢、铜、铝合金或钛合金。

9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(4)中，所述目标基材的形状为平面片状、圆弧形片状或圆柱体。

10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(4)中，所述树脂为选自聚酯、环氧树脂、聚氨酯树脂、酚醛树脂和丙烯酸树脂中的至少一种。

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