CN113788477B - 一种褶皱石墨烯涂层及其制备方法 - Google Patents

一种褶皱石墨烯涂层及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种褶皱石墨烯涂层及其制备方法，涉及石墨烯领域。一种褶皱石墨烯涂层，包括基底，所述基底上涂布有石墨烯、氧化石墨烯或者还原氧化石墨烯的一种或者两种及以上的混合物；所述石墨烯、氧化石墨烯或者还原氧化石墨烯的一种或者两种及以上的混合物分散于有机溶剂，所述涂布方式为旋涂法，涂布后有机溶剂快速挥发，使石墨烯涂层不均匀收缩，形成一种褶皱石墨烯涂层，该褶皱石墨烯涂层设计简便、快速、可大规模应用。

Description

一种褶皱石墨烯涂层及其制备方法
技术领域
本发明涉及石墨烯领域，具体涉及一种褶皱石墨烯涂层及其制备方法。
背景技术
石墨烯具有优异的导热导电和力学性能。石墨烯片层之间由于范德华力作用出现团聚、堆叠，会缩小有效比表面积，增大电阻，导致性能大幅降低，限制了石墨烯在电池电极和电子领域的应用前景。褶皱石墨烯可有效增大石墨烯的比表面积，为燃料电池整装器件提供更高密度的比能量，可用于能量存储和转换装置，并且表现出更好的机械性能和分散性。
相比平滑石墨烯，褶皱石墨烯除了增大的比表面积，还具有增加的表面拓扑结构。这些起伏结构可以为细胞提供三维的微环境，具有更多的活性位点，更接近理想的细胞生存环境。
现有技术可通过加热除去溶剂和蒸发气溶胶的方法制备球形褶皱石墨烯，还可通过CVD沉积然后刻蚀模板法制备褶皱石墨烯薄膜，这些方法制备出的褶皱石墨烯用作涂层还需要增加和基底的结合步骤，过程复杂，制备成本较高。
目前仍缺乏简便、快速、可大规模应用的褶皱石墨烯涂层制备方法。
因此，设计简便、快速、可大规模应用的褶皱石墨烯涂层制备方法具有非常重要的研究意义与应用价值。
发明内容
本发明的目的是提供一种褶皱石墨烯涂层及其制备方法，以解决现有技术缺乏简便、快速、可大规模应用的技术问题。
为了解决上述问题本发明提供了一种褶皱石墨烯涂层及其制备方法，包括一种褶皱石墨烯涂层，包括基底，所述基底上涂布有石墨烯、氧化石墨烯或者还原氧化石墨烯的一种或者两种及以上的混合物；
所述石墨烯、氧化石墨烯或者还原氧化石墨烯的一种或者两种及以上的混合物分散于有机溶剂，所述涂布方式为旋涂法，涂布后有机溶剂快速挥发，使石墨烯涂层不均匀收缩，形成一种褶皱石墨烯涂层。
优选地，所述有机溶剂包括乙醇溶液、二甲基甲酰胺。
优选地，所述基底包括金属基底、氧化物基底，所述基底的形貌为平滑基底或者复杂形貌基底。
一种褶皱石墨烯涂层的制备方法，包括以下步骤：
S1：取的石墨烯、氧化石墨烯或者还原氧化石墨烯的一种或者两种及以上的混合物分散到有机溶剂中，得到石墨烯涂层分散液；
S2：将石墨烯涂层分散液旋涂在基底上；
S3：将旋涂后的样品烘干。
优选地，S1步骤中所述石墨烯浓度为0.001－2mg/mL，乙醇溶液的浓度为10％－90％；S2步骤中旋涂的转速为1000－5000rpm，旋涂时间为20－120s。
本发明与现有技术相比，有益效果在于：褶皱石墨烯相比平滑石墨烯具有更高的比表面积，可增强导电性能，用于电池电极和电子元器件涂层；更高的比表面积还可以为细胞黏附提供更多的活性位点，褶皱形成的三维结构还可用于模拟细胞培养的微环境。
进一步的，相比于现有技术中通过加热或者CVD及刻蚀模板的方法制备褶皱石墨烯，本发明将制备的石墨烯分散在水和乙醇的混合溶剂中，利用旋涂法将石墨烯涂布到基底上，乙醇和水的挥发速率存在差异，乙醇的快速挥发引起石墨烯的不均匀收缩，形成褶皱石墨烯，并吸附在基底表面。
该方法操作简便，对基底无特殊要求，适用范围广，成本低廉，制备时间短，在电池电极、电子元器件涂层和生物涂层领域具有应用前景。
附图说明
图1为褶皱石墨烯涂层旋涂法示意图；
图2为Ti-6Al-4V钛合金基底上褶皱石墨烯涂层的扫描电子显微镜SEM图像，图2A为低倍数,图2B为高倍数(实施例1)；
图3为Ti-6Al-4V钛合金基底上褶皱石墨烯涂层的扫描电子显微镜SEM图像，图3A为低倍数,图3B为高倍数(实施例3)；
图4为多孔二氧化钛基底上褶皱石墨烯涂层的扫描电子显微镜SEM图像，图4A为低倍数，图4B为高倍数(实施例5)。
具体实施方式
为了使本发明要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
取1mg石墨烯分散至10mL浓度为60％的乙醇溶液中，将石墨烯分散液滴至Ti-6Al-4V钛合金基底上，并在2000rpm下旋涂60s，旋涂后样品在60℃下进行烘干。
实施例2
取1mg氧化石墨烯分散至10mL浓度为30％的乙醇溶液中，将氧化石墨烯分散液滴至Ti-6Al-4V钛合金基底上，并在2000rpm下旋涂60s，旋涂后样品在60℃下进行烘干。
实施例3
取1mg石墨烯分散至10mL浓度为30％的乙醇溶液中，将石墨烯分散液滴至Ti-6Al-4V钛合金基底上，并在2000rpm下旋涂60s，旋涂后样品在60℃下进行烘干。
实施例4
取1mg石墨烯分散至10mL浓度为30％的石油醚溶液中，将石墨烯分散液滴至Ti-6Al-4V钛合金基底上，并在2000rpm下旋涂60s，旋涂后样品在60℃下进行烘干。
实施例5
取1mg石墨烯分散至10mL浓度为30％的乙醇溶液中，将石墨烯分散液滴至多孔二氧化钛基底上，并在1500rpm下旋涂30s。旋涂后样品在60℃下进行烘干。
实施例6
取1mg石墨烯分散至10mL浓度为60％的乙醇溶液中，将石墨烯分散液滴至多孔二氧化钛基底上，并在1500rpm下旋涂30s。旋涂后样品在60℃下进行烘干。
对比例：
取1mg石墨烯分散至10mL超纯水中，将石墨烯分散液滴至Ti-6Al-4V钛合金基底上，冷冻干燥后得到光滑石墨烯涂层。
测试实施例1-5和对比例的比表面积具体如表1：
表1
样品 比表面积(m2/g)
实施例1样品 451
实施例2样品 302
实施例3样品 398
实施例4样品 221
实施例5样品 423
实施例6样品 560
对比例样品 201
由表1可知，对比实施例1和3可知，乙醇浓度越高得到的褶皱石墨烯涂层的比表面积越高，乙醇溶液的浓度可以为10％-90％，溶剂也可以是二甲基甲酰胺、二氯甲烷、DMSO、甲苯等溶剂也具有此效应，对比实施例1、3、5和6可以看出，材料为多孔状态更有利于褶皱的形成，从而增加比表面积，对比实施例3、4和5可以看出，石油醚不利于褶皱的形成，虽然石油醚的挥发性比乙醇好，但是石墨烯在石油醚中的溶解性差，所以石墨烯会造成团聚沉淀，不能很好的形成褶皱。对比实施例2和3可以看出，所以在其他条件一样的情况下，最终形成的褶皱比表面积氧化石墨烯的比表面积要比石墨烯薄膜的低。同样，本发明提到的石墨烯包括了石墨烯、氧化石墨烯或者还原氧化石墨烯的一种或者两种及以上的混合物，均可以用来制作褶皱材料。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (3)

1.一种褶皱石墨烯涂层的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：S1：取石墨烯分散到乙醇溶液中，得到石墨烯涂层分散液；S2：将石墨烯涂层分散液旋涂在基底上；S3：将旋涂后的样品烘干；
所述乙醇溶液的浓度为60%；
所述基底为多孔二氧化钛基底。
2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于：S1步骤中所述石墨烯浓度为0.001-2mg/mL；S2步骤中旋涂的转速为1000-5000rpm，旋涂时间为20-120s。
3.如权利要求1所述制备方法制备的褶皱石墨烯涂层，包括基底，其特征在于：所述基底上涂布有石墨烯；
所述石墨烯分散于乙醇溶液，所述涂布方式为旋涂法，乙醇和水的挥发速率存在差异，涂布后乙醇的快速挥发引起石墨烯的不均匀收缩，形成一种褶皱石墨烯涂层；
所述乙醇溶液的浓度为60%；
所述基底为多孔二氧化钛基底。
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