一種提拉法制備石墨烯透明導(dǎo)電薄膜的方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種提拉法制備石墨烯透明導(dǎo)電薄膜的方法，包括：在室溫條件下，將玻璃片清洗，干燥，等離子體氧化處理，最后隔絕空氣分開靜置；在室溫條件下，將氧化石墨配制成分散液，分散處理，離心，取離心后的上清液再離心，然后將沉淀分散在蒸餾水中，得到氧化石墨分散溶液；然后在60-80℃恒溫處理15-20min，玻璃片在分散液中進(jìn)行提拉處理，得到處理后的玻璃片；將裝有處理后的玻璃片的容器放入裝有水合肼的容器中，加密封膜，90-100℃條件下，恒溫處理12-24h，即得。本發(fā)明的制備方法簡單，產(chǎn)量大；薄膜的透過率高，尺寸可控，分布均勻，穩(wěn)定性好。
【專利說明】一種提拉法制備石墨烯透明導(dǎo)電薄膜的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于透明導(dǎo)電薄膜的制備領(lǐng)域，特別涉及一種提拉法制備石墨烯透明導(dǎo)電薄膜的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]自2004年科學(xué)家制備出石墨烯以來，它就以獨(dú)特的二維結(jié)構(gòu)和優(yōu)異的性能吸引著眾多學(xué)者的關(guān)注。研究發(fā)現(xiàn)，石墨烯具有優(yōu)良的機(jī)械性能和電學(xué)性能，也是制備透明導(dǎo)電膜的理想材料。
[0003]雖然市場上ITO (氧化銦錫)透明導(dǎo)電薄膜仍占主要份額，但是ITO內(nèi)在的脆性及成本問題使它未來的發(fā)展受到了很大的限制。因此，尋找高機(jī)械性能、低成本的薄膜材料成了科學(xué)界和生產(chǎn)界競相追逐的目標(biāo)。具有高導(dǎo)電性和高透光率的石墨烯透明導(dǎo)電薄膜的出現(xiàn)正是順應(yīng)了各方面的發(fā)展需求。
[0004]目前，石墨烯透明導(dǎo)電薄膜的制備方法主要有真空抽濾法、旋轉(zhuǎn)涂敷法、噴射涂敷法和化學(xué)氣相沉積法等。真空抽濾法制備的薄膜均勻性很好，膜的厚度也可通過分散液控制，但是薄膜的尺寸收到真空抽慮設(shè)備的限制，不能實(shí)現(xiàn)大面積制膜。旋轉(zhuǎn)涂敷法制備石墨烯薄膜過程中需主要控制氧化石墨烯分散液濃度和轉(zhuǎn)速兩個(gè)因素。濃度越高，薄膜更厚，粗糙度更大；轉(zhuǎn)速增加可加快溶劑揮發(fā)，使薄膜的厚度減小。噴射涂敷法效率高，可以制備大面積薄膜，但是所得薄膜的均勻性不好?；瘜W(xué)氣相沉積法是目前制備高性能、大面積的石墨烯薄膜的理想方法，但所需設(shè)備昂貴，制備工藝復(fù)雜，難以投入工業(yè)化生產(chǎn)。
[0005]由此可見，當(dāng)前的制備方法還存在諸多缺陷:制備的薄膜的穩(wěn)定性差，易開裂；薄膜的均勻性難以控制，粗糙度較大；制備成本較高，制備工藝較復(fù)雜，難以實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。因此，尋找一種制備大面積，高穩(wěn)定性，低成本，尺寸可控，高透過率的石墨烯透明導(dǎo)電薄膜的方法成了研究的重點(diǎn)。目前尚未看到在玻璃基底上通過提拉法制備石墨烯透明膜的方法的報(bào)道。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種提拉法制備石墨烯透明導(dǎo)電薄膜的方法，該方法制備方法簡單，產(chǎn)量大；薄膜的透過率高，尺寸可控，分布均勻，穩(wěn)定性好。
[0007]本發(fā)明的一種提拉法制備石墨烯透明導(dǎo)電薄膜的方法，包括:
[0008]( I)在室溫條件下，將玻璃片清洗，干燥，等離子體氧化處理，最后隔絕空氣分開靜置；
[0009](2)在室溫條件下，將氧化石墨配制成分散液，分散處理，離心，取離心后的上清液再離心，然后將沉淀分散在蒸餾水中，得到氧化石墨分散液；
[0010](3)將上述氧化石墨分散液在60-80°C恒溫處理15-20min，然后對步驟(I)中的玻璃片在分散液中進(jìn)行提拉處理，在玻璃片表面制得氧化石墨薄膜；
[0011](4)將裝有處理后的玻璃片的容器放入裝有水合肼的容器中，加密封膜，90_100°C條件下，恒溫處理12-24h，即在玻璃片表面得到石墨烯透明導(dǎo)電薄膜。
[0012]所述步驟(I)中清洗為分別用蒸餾水、丙酮、乙醇清洗玻璃片。
[0013]所述步驟(I)中等離子體氧化處理為:等離子處理儀進(jìn)行處理，功率為200-300W，時(shí)間為I?3min。
[0014]所述步驟(2)中氧化石墨分散液的濃度為0.l-2mg/ml。
[0015]所述步驟(2)中分散處理為細(xì)胞粉碎儀超分散處理10_20min。
[0016]所述步驟(2)中以3000-5000r/min轉(zhuǎn)速離心3_5min，取上清液再以7000_9000r/min的轉(zhuǎn)速離心8-lOmin。
[0017]所述步驟(2)中沉淀在蒸懼水中超聲分散10_20min。
[0018]所述步驟(3)中使用提拉機(jī)進(jìn)行提拉處理，提拉速度為5-10mm/min。
[0019]所述步驟(4)中水合肼濃度為10.32-30.96mg/ml。
[0020]本發(fā)明通過對玻璃基底進(jìn)行表面改性，使其吸附氧化石墨分散液中的氧化石墨納米片；通過提拉的方法制備成膜；使用還原劑蒸汽對玻璃片表面的氧化石墨薄膜進(jìn)行還原，避免溶液還原對氧化石墨薄膜表面的損害。
[0021]本發(fā)明通過調(diào)節(jié)氧化石墨分散液的濃度和提拉機(jī)轉(zhuǎn)速，可得到不同品質(zhì)的石墨烯薄膜。
[0022]有益.效果
[0023](I)本發(fā)明的制備工藝簡單，對生產(chǎn)設(shè)備要求低，易于工業(yè)化生產(chǎn)；
[0024](2)本發(fā)明所制備的石墨烯透明導(dǎo)電薄膜面積尺寸大，透過率高，穩(wěn)定性高、表面光潔性高。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0025]圖1為實(shí)施例1所得的石墨烯透明導(dǎo)電薄膜的掃描電鏡照片；
[0026]圖2為實(shí)施例1所得的石墨烯透明導(dǎo)電薄膜的透過率譜圖；
[0027]圖3為實(shí)施例1所得的石墨烯透明導(dǎo)電薄膜的拉曼光譜圖。
【具體實(shí)施方式】
[0028]下面結(jié)合具體實(shí)施例，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。應(yīng)理解，這些實(shí)施例僅用于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍。此外應(yīng)理解，在閱讀了本發(fā)明講授的內(nèi)容之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對本發(fā)明作各種改動(dòng)或修改，這些等價(jià)形式同樣落于本申請所附權(quán)利要求書所限定的范圍。
[0029]實(shí)施例1
[0030]在室溫下，分別用蒸餾水、丙酮、乙醇清洗玻璃片，干燥后用等離子處理儀在250W功率下處理3min ;處理完后將玻璃片隔絕空氣分開靜置。稱量0.1Og氧化石墨，在250毫升燒杯中配成濃度為lmg/ml的分散液,用超分散細(xì)胞粉碎儀超分散處理20min成均勻分散液，以5000r/min的轉(zhuǎn)速離心5min,取離心后的上清液再以8000r/min的轉(zhuǎn)速離心IOmin,然后將沉淀在蒸餾水中超分散20min成均勻分散液。將上步的均勻分散液放在烘箱中60°C恒溫處理15min,然后立即用提拉機(jī)在處理好的玻璃片上對分散液以5mm/min的速度進(jìn)行提拉處理。在600ml燒杯中加入2ml水合肼，然后將裝有玻璃片的150ml小燒杯放入600ml燒杯，加密封膜，烘箱中90°C恒溫處理12h，取出后放在干燥器中待用。
[0031]圖1為本實(shí)施例制備的薄膜的掃描電鏡圖片，可以看出:薄膜的尺寸在20?40um間，表面光潔，無明顯開裂。圖2為本實(shí)施例制備的薄膜樣本上隨機(jī)3點(diǎn)的透光率譜圖，可以看出:曲線光滑平緩，薄膜透光率可以達(dá)到80%以上，最大處可以接近90%。圖3為本實(shí)施例制備的薄膜的拉曼圖譜，可以看出:圖中明顯的雙峰(D峰和G峰)在還原前后有明顯的變化，峰值之比ID/IG由還原前的0.9973 (Id=23483.572，ID=23546.7565)增大為還原后的
1.4130 (Id=5644.48189，IG=3994.66442)，表明還原反應(yīng)使其結(jié)構(gòu)發(fā)生開了較大的變化，還原度很大。
[0032]實(shí)施例2
[0033]在室溫下，分別用蒸餾水、丙酮、乙醇清洗玻璃片，干燥后用等離子處理儀在250W功率下處理3min ;處理完后將玻璃片隔絕空氣分開靜置。稱量0.050g氧化石墨，在250毫升燒杯中配成濃度為0.5mg/ml的溶液,用超分散細(xì)胞粉碎儀超分散處理20min成均勻分散液，以5000r/min的轉(zhuǎn)速離心5min,取離心后的上清液再以8000r/min的轉(zhuǎn)速離心IOmin,然后將沉淀在蒸餾水中超分散20min成均勻分散液。將上步的均勻分散液放在烘箱中60°C恒溫處理15min,然后立即用提拉機(jī)在處理好的玻璃片上對分散液以5mm/min的速度進(jìn)行提拉處理。在600ml燒杯中加入2ml水合肼，然后將裝有玻璃片的150ml小燒杯放入600ml燒杯，加密封膜，烘箱中90°C恒溫處理12h，取出后放在干燥器中待用。掃描電鏡測試表明該薄膜的尺寸大，穩(wěn)定性高。透光率測試表明該薄膜的透光率很大。拉曼測試表明還原度很聞。
[0034]實(shí)施例3
[0035]在室溫下，分別用蒸餾水、丙酮、乙醇清洗玻璃片，干燥后用等離子處理儀在250W功率下處理3min ;處理完后將玻璃片隔絕空氣分開靜置。稱量0.20g氧化石墨,在250暈升燒杯中配成濃度為2mg/ml的溶液，用超分散細(xì)胞粉碎儀超分散處理20min成均勻分散液，以5000r/min的轉(zhuǎn)速離心5min，取離心后的上清液再以8000r/min的轉(zhuǎn)速離心lOmin，然后將沉淀在蒸餾水中超分散20min成均勻分散液。將上步的均勻分散液放在烘箱中60°C恒溫處理15min，然后立即用提拉機(jī)在處理好的玻璃片上對分散液以5mm/min的速度進(jìn)行提拉處理。在600ml燒杯中加入2ml水合肼，然后將裝有玻璃片的150ml小燒杯放入600ml燒杯，加密封膜，烘箱中90°C恒溫處理12h，取出后放在干燥器中待用。掃描電鏡測試表明該薄膜的尺寸大，穩(wěn)定性高。透光率測試表明該薄膜的透光率很大，拉曼測試表明還原度很聞。
【權(quán)利要求】
1.一種提拉法制備石墨烯透明導(dǎo)電薄膜的方法，包括: (1)在室溫條件下，將玻璃片清洗，干燥，等離子體氧化處理，最后隔絕空氣分開靜置； (2)在室溫條件下，將氧化石墨配制成分散液，分散處理，離心，取離心后的上清液再離心，然后將沉淀分散在蒸餾水中，得到氧化石墨分散液； (3)將上述氧化石墨分散液在60-80°C恒溫處理15-20min，然后對步驟(1)中的玻璃片在分散液中進(jìn)行提拉處理，在玻璃片表面制得氧化石墨薄膜； (4)將裝有處理后的玻璃片的容器放入裝有水合肼的容器中，加密封膜，90-100°C條件下，恒溫處理12-24h，即在玻璃片表面得到石墨烯透明導(dǎo)電薄膜。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種提拉法制備石墨烯透明導(dǎo)電薄膜的方法，其特征在于:所述步驟(1)中清洗為分別用蒸餾水、丙酮、乙醇清洗玻璃片。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種提拉法制備石墨烯透明導(dǎo)電薄膜的方法，其特征在于:所述步驟(1)中等離子體氧化處理為:等離子處理儀進(jìn)行處理，功率為200-300?，時(shí)間為l-3min。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種提拉法制備石墨烯透明導(dǎo)電薄膜的方法，其特征在于:所述步驟(2)中氧化石墨分散液的濃度為0.l-2mg/ml。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種提拉法制備石墨烯透明導(dǎo)電薄膜的方法，其特征在于:所述步驟(2)中分散處理為細(xì)胞粉碎儀超分散處理10-20min。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種提拉法制備石墨烯透明導(dǎo)電薄膜的方法，其特征在于:所述步驟(2)中以3000-5000r/min轉(zhuǎn)速離心3_5min，取上清液再以7000_9000r/min的轉(zhuǎn)速離心8-lOmin。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種提拉法制備石墨烯透明導(dǎo)電薄膜的方法，其特征在于:所述步驟(2)中沉淀在蒸懼水中超聲分散10-20min。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種提拉法制備石墨烯透明導(dǎo)電薄膜的方法，其特征在于:所述步驟(3)中使用提拉機(jī)進(jìn)行提拉處理，提拉速度為5-10mm/min。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種提拉法制備石墨烯透明導(dǎo)電薄膜的方法，其特征在于:所述步驟(4)中水合肼濃度為10.32-30.96mg/ml。
【文檔編號】C03C17/23GK103489532SQ201310395479
【公開日】2014年1月1日 申請日期:2013年9月3日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月3日
【發(fā)明者】李耀剛, 沈紅偉, 侯成義, 張青紅, 王宏志 申請人:東華大學(xué)