專利名稱：一種制備石墨烯/Ag復(fù)合導(dǎo)電薄膜的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于無機功能材料技術(shù)領(lǐng)域，特指一種制備石墨烯/Ag復(fù)合導(dǎo)電薄膜的方法，以氧化石墨烯/銀溶膠為前驅(qū)體，采用提拉法、熱處理后得到透明導(dǎo)電薄膜。
背景技術(shù)：
石墨烯(Graphene)是單原子厚度的二維碳原子晶體，被認為是富勒烯、碳納米管 (CNT )和石墨的基本結(jié)構(gòu)單元，自從2004年義化?。、菆蟮滥芎唵蔚耐ㄟ^摩擦法刮下第一片二維獨立石墨片以來，此領(lǐng)域掀起了類似于納米碳管出現(xiàn)時的研究熱潮；石墨烯薄膜被認為是石墨烯走向?qū)嶋H應(yīng)用的一條有效途徑，透明導(dǎo)電石墨烯薄膜在新型電子器件方面有很大的應(yīng)用前景；目前，很多方法被嘗試用來制備石墨烯薄膜，如基于有機多環(huán)芳烴的化學氣相沉積工藝、基于單片層的電子束刻蝕工藝、基于真空抽濾薄膜的剪裁工藝和基于靜電吸附的自組裝工藝，但都難以實現(xiàn)對薄膜性質(zhì)的有效控制；通常情況下，導(dǎo)電性能越好的石墨烯薄膜其厚度越大(即含碳量越高)，但是透過率會降低。提拉法是制備無機薄膜的一種常用方法，但是水溶性石墨烯粘度較低，無法采用提拉法制膜；本發(fā)明提出以氧化石墨烯/Ag溶膠為前驅(qū)體，不僅可以克服提拉法制膜的工藝瓶頸，而且由于Ag的引入，可以在保證透光率的前提下有效提高薄膜的導(dǎo)電性，目前尚未有相關(guān)報道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于以氧化石墨烯Ag溶膠為前驅(qū)體，采用提拉工藝制備透明導(dǎo)電薄膜。一種制備石墨烯/Ag復(fù)合導(dǎo)電薄膜的方法，所用原料為氧化石墨烯、AgNO3 (分析純)、NaBH4 (分析純)、聚二烯丙基二甲基胺鹽酸鹽(PDDA、分析純)、H2A (分析純)、H2SO4 (分析純)。
制備工藝為
(1)將氧化石墨烯配置成濃度為0. lmg/mL懸浮液并超聲至均勻分散。(2 )將硝酸銀與PDDA分別溶于去離子水中，配置成濃度分別為0. 9mmo 1 /mL和 3. 6mmol/mL的溶液，將兩種溶液攪拌混合均勻，控制混合溶液中硝酸銀與PDDA的摩爾比為 1 4-12 ；按硝酸銀與硼氫化鈉摩爾比為1 :3-6的比例配置濃度為3. 6mmol/mL的硼氫化鈉水溶液；在強烈攪拌下，將混合液滴加入硼氫化鈉還原液，室溫下反應(yīng)30-60min，獲得納米銀溶膠。(3)將氧化石墨烯水溶液與納米Ag/PDDA溶膠混合后，室溫超聲振蕩20-60min，得到氧化石墨烯/Ag前驅(qū)體。(4)將石英基片浸于H2O2M2SO4(V/V 3:7)的混合液中預(yù)處理30-100min后，用去離子水清洗后于干燥箱中在80°C干燥Ih或用氮氣吹干。(5)將預(yù)處理過的石英基片浸入氧化石墨烯/Ag溶膠前驅(qū)體中0. 5-aiiin后以5mm/min速度提拉，靜置^iiin后，至于真空爐中氬氣保護下400°C處理IOmin取出。(6)重復(fù)過程(5)可制備多層復(fù)合薄膜。(7)將所得復(fù)合薄膜置于管式爐中于300-800°C，氫氣/氬氣(體積比1 ； 2)混合氣體中熱處理2h，即可得到石墨烯/銀復(fù)合薄膜。步驟(2)中硝酸銀與PDDA摩爾比為1 :6_8為佳；硝酸銀與硼氫化鈉摩爾比為1 3-4為佳。步驟(3)中氧化石墨烯水溶液與納米Ag/PDDA溶膠體積比為1 :1_1. 5為佳。步驟(5)中預(yù)處理過的石英基片在氧化石墨烯Ag溶膠前驅(qū)體中浸漬1-1. 5min為佳。步驟(7)中溫度控制550_650°C為佳。本發(fā)明的優(yōu)點在于采用提拉法，通過控制氧化石墨烯與Ag溶膠體積配比改變前驅(qū)體粘度和控制提拉次數(shù)實現(xiàn)對薄膜厚度、透光性和導(dǎo)電性的調(diào)控，此法程序簡單，易于操作。
具體實施例方式實施例1
首先將新制的30mL氧化石墨烯與40mL納米Ag/PDDA溶膠混合后超聲30min，得到氧化石墨烯Ag前驅(qū)體；將石英基片浸于熱的H2O2M2SO4(V/V 3:7)的混合液中40min預(yù)處理后，用去離子水清洗后用氮氣吹干；將預(yù)處理過的石英基片浸入氧化石墨烯Ag溶膠前驅(qū)體中Imin后以5mm/min速度提拉，靜置^iin后，至于真空爐中氬氣保護下400°C 處理IOmin取出；重復(fù)此浸漬-熱處理過程4次，得到氧化石墨烯/Ag復(fù)合薄膜；將所得復(fù)合薄膜置于管式爐中于600°C，氫氣/氬氣(體積比1:2)混合氣體中熱處理池，即可得到石墨烯/銀復(fù)合薄膜，所得薄膜500nm處透過率為75%，薄膜方塊電阻為3. 78 k Ω □ Λ所述納米Ag/PDDA溶膠的制備方法如下首先將硝酸銀與PDDA按摩爾比為1:6 分別溶于去離子水中，配置成IOmL濃度為0.9mmol/mL硝酸銀水溶液和15mL濃度為 3. 6mmol/mL的PDDA水溶液；然后按硝酸銀與硼氫化鈉摩爾比為1 :4的比例將硼氫化鈉溶于去離子水中，配置IOmL濃度為3. 6mmol/mL的還原液；在磁力攪拌下，將硝酸銀/PDDA混合液滴加入硼氫化鈉還原液中，室溫下反應(yīng)40min，獲得納米銀溶膠。實施例2
首先將新制的30mL氧化石墨烯與45mL納米Ag/PDDA溶膠混合后超聲60min，得到氧化石墨烯Ag前驅(qū)體；將石英基片浸于熱的H2O2M2SO4(V/V 3:7)的混合液中預(yù)處理SOmin后， 用去離子水清洗后用氮氣吹干；將預(yù)處理過的石英基片浸入氧化石墨烯/Ag溶膠前驅(qū)體中 Imin后以5mm/min速度提拉，靜置^iiin后，至于真空爐中氬氣保護下400°C處理IOmin取出；重復(fù)此浸漬-熱處理過程6次，得到氧化石墨烯/Ag復(fù)合薄膜；將所得復(fù)合薄膜置于管式爐中于800°C，氫氣/氬氣(體積比1:2)混合氣體中熱處理2h，即可得到石墨烯/銀復(fù)合薄膜，所得薄膜500nm處透過率為68%，薄膜方塊電阻為1.99 k — □ Λ所述納米Ag/PDDA溶膠的制備方法如下首先將硝酸銀與PDDA按摩爾比為1:8 分別溶于去離子水中，配置成IOmL濃度為0.9mmol/mL硝酸銀水溶液和20mL濃度為3. 6mmol/mL的PDDA水溶液；然后按硝酸銀與硼氫化鈉摩爾比為1 :4的比例將硼氫化鈉溶于去離子水中，配置IOmL濃度為3. 6mmol/mL的還原液；在磁力攪拌下，將硝酸銀/PDDA混合液滴加入硼氫化鈉還原液中，室溫下反應(yīng)30min，獲得納米銀溶膠。實施例3
首先將新制的30mL氧化石墨烯與30mL納米Ag/PDDA溶膠混合后超聲20min，得到氧化石墨烯Ag前驅(qū)體；將石英基片浸于熱的H2O2M2SO4(V/V 3:7)的混合液中30min預(yù)處理后， 用去離子水清洗后用氮氣吹干；將預(yù)處理過的石英基片浸入氧化石墨烯/Ag溶膠前驅(qū)體中 :3min后以5mm/min速度提拉，靜置^iiin后，至于真空爐中氬氣保護下400°C處理IOmin取出；重復(fù)此浸漬-熱處理過程6次，得到氧化石墨烯/Ag復(fù)合薄膜；將所得復(fù)合薄膜置于管式爐中于400°C，氫氣/氬氣(體積比1:2)混合氣體中熱處理2h，即可得到石墨烯/銀復(fù)合薄膜，所得薄膜500nm處透過率為62%，薄膜方塊電阻為1.56 k Ω □ Λ所述納米Ag/PDDA溶膠的制備方法如下首先將硝酸銀與PDDA按摩爾比為1:4 分別溶于去離子水中，配置成IOmL濃度為0.9mmol/mL硝酸銀水溶液和IOmL濃度為 3. 6mmol/mL的PDDA水溶液；然后按硝酸銀與硼氫化鈉摩爾比為1 :6的比例將硼氫化鈉溶于去離子水中，配置15mL濃度為3. 6mmol/mL的還原液；在磁力攪拌下，將硝酸銀/PDDA混合液滴加入硼氫化鈉還原液中，室溫下反應(yīng)30min，獲得納米銀溶膠。
權(quán)利要求
1.一種制備石墨烯Ag復(fù)合導(dǎo)電薄膜的方法，其特征在于包括如下步驟； 將氧化石墨烯配置成濃度為0. lmg/mL懸浮液并超聲至均勻分散；(2)將硝酸銀與PDDA分別溶于去離子水中，配置成濃度分別為0.9mmol/mL和3. 6mmol/ mL的溶液，將兩種溶液攪拌混合均勻，控制混合溶液中硝酸銀與PDDA的摩爾比為1 :4_12 ； 按硝酸銀與硼氫化鈉摩爾比為1 :3-6的比例配置濃度為3. 6mmol/mL的硼氫化鈉水溶液； 在強烈攪拌下，將混合液滴加入硼氫化鈉還原液，室溫下反應(yīng)30-60min，獲得納米銀溶膠；(3)將氧化石墨烯水溶液與納米Ag/PDDA溶膠混合后，室溫超聲振蕩20-60min，得到氧化石墨烯/Ag前驅(qū)體；將石英基片浸于H2O2M2SO4(V/V 3:7)的混合液中預(yù)處理30-100min后，用去離子水清洗后于干燥箱中在80°C干燥Ih或用氮氣吹干； 將預(yù)處理過的石英基片浸入氧化石墨烯/Ag溶膠前驅(qū)體中0. 5-aiiin后以 5mm/min速度提拉，靜置^iiin后，至于真空爐中氬氣保護下400°C處理IOmin取出； (6)重復(fù)過程(5)可制備多層復(fù)合薄膜；將所得復(fù)合薄膜置于管式爐中于300-800°C，氫氣/氬氣(體積比1;2)混合氣體中熱處理2h，即可得到石墨烯/銀復(fù)合薄膜。
2.如權(quán)利要求1所述的一種制備石墨烯/Ag復(fù)合導(dǎo)電薄膜的方法，其特征在于步驟(2)中硝酸銀與PDDA摩爾比為1:6-8 ；硝酸銀與硼氫化鈉摩爾比為1 :3_4。
3.如權(quán)利要求1所述的一種制備石墨烯/Ag復(fù)合導(dǎo)電薄膜的方法，其特征在于步驟(3)中氧化石墨烯水溶液與納米Ag/PDDA溶膠體積比為1:1-1. 5。
4.如權(quán)利要求1所述的一種制備石墨烯/Ag復(fù)合導(dǎo)電薄膜的方法，其特征在于步驟 (5)中預(yù)處理過的石英基片在氧化石墨烯/Ag溶膠前驅(qū)體中浸漬1-1. 5min。
5.如權(quán)利要求1所述的一種制備石墨烯/Ag復(fù)合導(dǎo)電薄膜的方法，其特征在于步驟 (7)中溫度控制550-6500C ο
全文摘要
本發(fā)明屬于無機功能材料技術(shù)領(lǐng)域，特指一種制備石墨烯/Ag復(fù)合導(dǎo)電薄膜的方法，以氧化石墨烯/銀溶膠為前驅(qū)體，采用提拉法、熱處理后得到透明導(dǎo)電薄膜。本發(fā)明的優(yōu)點在于采用提拉法，通過控制氧化石墨烯與Ag溶膠體積配比改變前驅(qū)體粘度和控制提拉次數(shù)實現(xiàn)對薄膜厚度、透光性和導(dǎo)電性的調(diào)控，此法程序簡單，易于操作。
文檔編號C03C17/22GK102515560SQ20111041468
公開日2012年6月27日 申請日期2011年12月13日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月13日
發(fā)明者周亞洲, 孫洪波, 楊娟, 程曉農(nóng), 趙南 申請人:江蘇大學