一種具有自清潔功能石墨烯基薄膜的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種具有自清潔功能石墨烯基薄膜的制備方法，分別配制氧化石墨烯分散液與二氧化鈦分散液，并將氧化石墨烯分散液與二氧化鈦分散液共混后得到氧化石墨烯/二氧化鈦分散液，將氧化石墨烯/二氧化鈦分散液噴射到目標基板上，得到氧化石墨烯基薄膜；紫外光照射氧化石墨烯基薄膜，對其還原，得到具有自清潔功能石墨烯基薄膜。與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明通過噴涂制備氧化石墨烯基薄膜，在利用紫外光照射，所制備的石墨烯基薄膜具有一定的導電性的同時，也具有一定的自清潔功能。同時本發(fā)明的石墨烯基薄膜可進一步將其應用于石墨烯基導電涂層及石墨烯基表面應變傳感器等領域。
【專利說明】一種具有自清潔功能石墨烯基薄膜的制備方法

【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種石墨烯基薄膜的制備方法，尤其是涉及一種具有自清潔功能石墨烯基薄膜的制備方法，屬于功能薄膜材料【技術領域】。

【背景技術】
[0002]石墨烯具有良好的透過率，理論和實驗結果表明，單層石墨烯吸收2.3 %的可見光，即透光率為97.7%。石墨烯內的每個碳原子以sp2雜化軌道的方式(σ鍵)與其他3個碳原子相連接，極強的C-C鍵致使石墨烯片層具有優(yōu)異的力學性能。剩余的一個ρ電子軌道垂直于石墨烯平面，與周圍的碳原子形成離域的η鍵，致使電子可在晶體中自由移動，賦予了石墨烯良好的電性能。由于原子間的作用力非常強，在常溫下，即使周圍碳原子發(fā)生擠撞，石墨烯中的電子受到的干擾也很小。電子在石墨烯中傳輸時不易發(fā)生散射，遷移率可達2X105cm2/(V.s)。其面電阻約為31 Ω/sq，電導率可達106S/m，是室溫下導電性最佳的材料。
[0003]石墨烯的制備方法主要分為CVD法，液相物理剝離法，外延生長法和氧化還原法。而氧化還原法相比于其它幾種方法的優(yōu)勢主要表現(xiàn)在以下幾個方法:(1)生產成本較低，
(2)制備工藝較為簡單，(3)制備效率較高。因此，氧化還原法制備石墨烯將會是以后研究的重要方向。目前基于氧化還原法制備石墨烯基薄膜的方法主要有真空抽濾法、旋涂法、自組裝、LangmuirBlodgett (LB)法、噴涂法等。在制備薄膜的過程中通過一些還原手段，如水合肼還原，HI酸還原或熱還原等對氧化石墨烯薄膜進行處理，最終制備石墨烯基薄膜。使石墨烯薄膜具有以下一種或幾種功能性:(1)導電，(2)透明，(3)傳感等。
[0004]目前國內外基于氧化還原法在制備石墨烯薄膜的過程中，沒有發(fā)現(xiàn)石墨烯薄膜具有一定的自清潔功能。


【發(fā)明內容】

[0005]本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術存在的缺陷而提供一種簡單、高效、可工程擴大生產的具有自清潔功能石墨烯基薄膜的制備方法。
[0006]本發(fā)明的目的可以通過以下技術方案來實現(xiàn):
[0007]—種具有自清潔功能石墨烯基薄膜的制備方法，包括以下步驟:
[0008](1)在水/乙醇或乙醇溶液中配制氧化石墨烯分散液，氧化石墨烯的濃度為0.1?2mg/ml,經超聲振蕩后制備了分散性和穩(wěn)定性較好的氧化石墨烯分散液。
[0009]作為優(yōu)選方式，所述的氧化石墨烯分散液中添加有增強導電材料，氧化石墨烯與增強導電材料的重量比為1: 1?10: 1。所述的增強導電材料為碳納米管或金屬納米線。
[0010](2)將納米級二氧化鈦加入到乙醇溶液中，超聲lh后制備了濃度為0.1?lmg/ml的二氧化鈦分散液。
[0011](3)將氧化石墨烯分散液與二氧化鈦分散液共混后，適當超聲，得到氧化石墨烯/二氧化鈦分散液，所述的氧化石墨烯/ 二氧化鈦分散液中，氧化石墨烯與二氧化鈦的重量比為1: 1?20: 1，優(yōu)選為1: 1。
[0012](4)取一定量的氧化石墨烯/ 二氧化鈦溶液分散液加入到聯(lián)有氣泵的噴槍中，在目標基板上進行噴射，均勻制備氧化石墨烯基薄膜。
[0013](5)將所制備的薄膜在紫外光下進行照射，燈管為175W，燈管和樣品的距離為15cm，照射時間為10h，對薄膜進行還原，得到具有自清潔功能石墨烯基薄膜。
[0014]本發(fā)明中，二氧化鈦的催化原理如下:當一個具有hv能量大小的光子或者具有大于半導體禁帶寬度Eg的光子射入半導體時，一個電子由價帶(VB)激發(fā)到導帶(CB)，因而在導帶上產生一個高活性電子(e_)，在價帶上留下了一個空穴(h+)，形成氧化還原體系。溶解氧及水和電子及空穴相互作用，最終產生高活性的羥基。0Η_、02_、00Η_自由基具有強氧化性，能把大多數(shù)吸附在Ti02表面的有機污染物降解為C02、H20,把無機污染物氧化或還原為無害物。其中二氧化鈦對氧化石墨烯的還原原理可表達為:
[0015]Ti02+hv — Ti02 (h+e) — C2H50H — Ti02 (e) +.C2H40H+H+(1)
[0016]Ti02 (e)+graphene oxide (GO) — Ti02+graphene reduced (GR) (2)
[0017]與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點:
[0018](1)本發(fā)明制備了氧化石墨烯/ 二氧化鈦混合液，通過噴涂制備氧化石墨烯基薄膜，在利用紫外光照射，所制備的石墨烯基薄膜具有一定的導電性的同時，也具有一定的自清潔功能。
[0019](2) 二氧化鈦的作用，一方面表現(xiàn)在對氧化石墨烯的還原，另一方面表現(xiàn)在使薄膜自身具有一定的自清潔功能，并且對周圍環(huán)境中的病菌有一定的殺害作用，甲醛等具有一定的降解作用。
[0020](3)該方法在實現(xiàn)薄膜的還原過程中，沒有使用如HI酸，水合肼等有毒物質，而是采用了綠色環(huán)保的二氧化鈦，整個還原過程安全無害。
[0021](4)該方法基于噴涂法制備石墨烯基薄膜，還原采用紫外光照射，可適當放大進行工程化應用。
[0022](5)本發(fā)明高效、簡單的制備了具有自清功能的石墨烯基功能薄膜，可進一步將其應用于石墨烯基導電涂層及石墨烯基表面應變傳感器等領域。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0023]圖1為噴涂制備氧化石墨烯/ 二氧化鈦薄膜的TEM圖；
[0024]圖2為噴涂制備氧化石墨烯/ 二氧化鈦薄膜的TEM圖；
[0025]圖3為噴涂制備氧化石墨烯/碳納米管/ 二氧化鈦薄膜的TEM圖；
[0026]圖4為噴涂制備氧化石墨烯/碳納米管/ 二氧化鈦薄膜的TEM圖；
[0027]圖5為噴涂制備氧化石墨烯/碳納米管/ 二氧化鈦薄膜的SEM圖；
[0028]圖6為噴涂制備氧化石墨烯/碳納米管/ 二氧化鈦薄膜的SEM圖。

【具體實施方式】
[0029]下面結合附圖和具體實施例對本發(fā)明進行詳細說明。
[0030]實施例1
[0031]以乙醇為溶劑，配制0.2mg/ml的氧化石墨烯溶液，0.5mg/ml的二氧化鈦溶液。將二者進行共混，使氧化石墨烯和二氧化鈦的質量比為1: 1，超聲30min。即得到氧化石墨烯和二氧化鈦分散液。取6ml均勻溶液加入到噴槍中。將PC基板進行清洗，隨后烘干，放入加熱臺上升溫到100°C。此時利用聯(lián)有氣泵的噴槍將上述溶液噴射在面積為5X5cm的PC基板上，噴射距離為5cm左右。制備了氧化石墨烯薄膜/ 二氧化鈦薄膜(如圖1、圖2所示)。將薄膜立于裝有200ml，濃度為2mg/L的甲基橙溶液中進行降解實驗。其中紫外燈的功率為175W，燈管距樣品的距離為15cm，照射時間為10h。對照射10h后的樣品進行表征，實驗結果表明甲基橙溶液被降解了 12%。
[0032]實施例2
[0033]以乙醇為溶劑，配制0.2mg/ml的氧化石墨烯溶液，加入碳納米管使氧化石墨烯和碳納米管的質量比為5: 1。隨后進行超聲30min，制備了氧化石墨烯/碳納米管復合溶液。同樣以乙醇溶液為溶劑制備了 0.5mg/ml的二氧化鈦溶液。將三者進行共混，使氧化石墨烯，碳納米管和二氧化鈦的質量比為5: 1: 5，超聲lOmin。即得到氧化石墨烯/碳納米管/ 二氧化鈦分散液。取6ml均勻溶液加入到噴槍中。將PC基板進行清洗，隨后烘干，放入加熱臺上升溫到100°C。此時利用聯(lián)有氣泵的噴槍將上述溶液噴射在面積為5X5cm的PC基板上，噴射距離為5cm左右。制備了氧化石墨烯/碳納米管/ 二氧化鈦薄膜(如圖3?圖6所示)。將薄膜立于裝有200ml，濃度為2mg/L的甲基橙溶液中進行降解實驗。其中紫外燈的功率為175W，燈管距樣品的距離為15cm，照射時間為10h。對照射10h后的樣品進行表征，實驗結果表明甲基橙溶液被降解了 18%。降解完成后對薄膜進行電學性能測試，其方塊電阻為100k Ω/sq。
[0034]實施例3
[0035]具有自清潔功能石墨烯基薄膜的制備方法，包括以下步驟:
[0036](1)在水/乙醇或乙醇溶液中配制氧化石墨烯分散液，氧化石墨烯的濃度為0.lmg/ml,經超聲振蕩后制備了分散性和穩(wěn)定性較好的氧化石墨烯分散液。
[0037]作為優(yōu)選方式，氧化石墨烯分散液中添加有增強導電材料，氧化石墨烯與增強導電材料的重量比為1: 1。增強導電材料為碳納米管或金屬納米線。
[0038](2)將納米級二氧化鈦加入到乙醇溶液中，超聲lh后制備了濃度為0.lmg/ml的二氧化鈦分散液。
[0039](3)將氧化石墨烯分散液與二氧化鈦分散液共混后，適當超聲，得到氧化石墨烯/ 二氧化鈦分散液，氧化石墨烯/ 二氧化鈦分散液中，氧化石墨烯與二氧化鈦的重量比為
1: Ιο
[0040](4)取一定量的氧化石墨烯/ 二氧化鈦溶液分散液加入到聯(lián)有氣泵的噴槍中，在目標基板上進行噴射，噴射距離為5cm左右，均勻制備氧化石墨烯基薄膜。
[0041](5)將所制備的薄膜在紫外光下進行照射，燈管為175W，燈管和樣品的距離為15cm，照射時間為10h，對薄膜進行還原，得到具有自清潔功能石墨烯基薄膜。
[0042]實施例4
[0043]具有自清潔功能石墨烯基薄膜的制備方法，包括以下步驟:
[0044](1)在水/乙醇或乙醇溶液中配制氧化石墨烯分散液，氧化石墨烯的濃度為2mg/ml，經超聲振蕩后制備了分散性和穩(wěn)定性較好的氧化石墨烯分散液。
[0045]作為優(yōu)選方式，氧化石墨烯分散液中添加有增強導電材料，氧化石墨烯與增強導電材料的重量比為5: 1。增強導電材料為碳納米管或金屬納米線。
[0046](2)將納米級二氧化鈦加入到乙醇溶液中，超聲lh后制備了濃度為lmg/ml的二氧化鈦分散液。
[0047](3)將氧化石墨烯分散液與二氧化鈦分散液共混后，適當超聲，得到氧化石墨烯/ 二氧化鈦分散液，氧化石墨烯/ 二氧化鈦分散液中，氧化石墨烯與二氧化鈦的重量比為10: 1。
[0048](4)取一定量的氧化石墨烯/ 二氧化鈦溶液分散液加入到聯(lián)有氣泵的噴槍中，在目標基板上進行噴射，均勻制備氧化石墨烯基薄膜。
[0049](5)將所制備的薄膜在紫外光下進行照射，燈管為175W，燈管和樣品的距離為15cm，照射時間為10h，對薄膜進行還原，得到具有自清潔功能石墨烯基薄膜。
[0050]實施例5
[0051]具有自清潔功能石墨烯基薄膜的制備方法，包括以下步驟:
[0052](1)在水/乙醇或乙醇溶液中配制氧化石墨烯分散液，氧化石墨烯的濃度為lmg/ml，經超聲振蕩后制備了分散性和穩(wěn)定性較好的氧化石墨烯分散液。
[0053]作為優(yōu)選方式，氧化石墨烯分散液中添加有增強導電材料，氧化石墨烯與增強導電材料的重量比為10: 1。增強導電材料為碳納米管或金屬納米線。
[0054](2)將納米級二氧化鈦加入到乙醇溶液中，超聲lh后制備了濃度為0.5mg/ml的二氧化鈦分散液。
[0055](3)將氧化石墨烯分散液與二氧化鈦分散液共混后，適當超聲，得到氧化石墨烯/ 二氧化鈦分散液，氧化石墨烯/ 二氧化鈦分散液中，氧化石墨烯與二氧化鈦的重量比為20: 1。
[0056](4)取一定量的氧化石墨烯/ 二氧化鈦溶液分散液加入到聯(lián)有氣泵的噴槍中，在目標基板上進行噴射，均勻制備氧化石墨烯基薄膜。
[0057](5)將所制備的薄膜在紫外光下進行照射，燈管為175W，燈管和樣品的距離為15cm，照射時間為10h，對薄膜進行還原，得到具有自清潔功能石墨烯基薄膜。
[0058]上述的對實施例的描述是為便于該【技術領域】的普通技術人員能理解和使用發(fā)明。熟悉本領域技術的人員顯然可以容易地對這些實施例做出各種修改，并把在此說明的一般原理應用到其他實施例中而不必經過創(chuàng)造性的勞動。因此，本發(fā)明不限于上述實施例，本領域技術人員根據本發(fā)明的揭示，不脫離本發(fā)明范疇所做出的改進和修改都應該在本發(fā)明的保護范圍之內。
【權利要求】
1.一種具有自清潔功能石墨烯基薄膜的制備方法，其特征在于，分別配制氧化石墨烯分散液與二氧化鈦分散液，并將氧化石墨烯分散液與二氧化鈦分散液共混后得到氧化石墨烯/ 二氧化鈦分散液，將氧化石墨烯/ 二氧化鈦分散液噴射到目標基板上，得到氧化石墨烯基薄膜；紫外光照射氧化石墨烯基薄膜，對其還原，得到具有自清潔功能石墨烯基薄膜。
2.根據權利要求1所述的一種具有自清潔功能石墨烯基薄膜的制備方法，其特征在于，所述的氧化石墨烯分散液中添加有增強導電材料。
3.根據權利要求2所述的一種具有自清潔功能石墨烯基薄膜的制備方法，其特征在于，所述的氧化石墨烯分散液中，氧化石墨烯與增強導電材料的重量比為1:1?10:1。
4.根據權利要求2所述的一種具有自清潔功能石墨烯基薄膜的制備方法，其特征在于，所述的增強導電材料為碳納米管或金屬納米線。
5.根據權利要求1所述的一種具有自清潔功能石墨烯基薄膜的制備方法，其特征在于，所述的氧化石墨烯分散液中氧化石墨烯的濃度為0.1?2mg/ml。
6.根據權利要求1所述的一種具有自清潔功能石墨烯基薄膜的制備方法，其特征在于，所述的二氧化鈦分散液中二氧化鈦的濃度為0.1?lmg/ml。
7.根據權利要求1所述的一種具有自清潔功能石墨烯基薄膜的制備方法，其特征在于，所述的氧化石墨烯/ 二氧化鈦分散液中，氧化石墨烯與二氧化鈦的重量比為1:1?20:1。
8.根據權利要求1所述的一種具有自清潔功能石墨烯基薄膜的制備方法，其特征在于，配制二氧化鈦分散液所用二氧化鈦為納米級二氧化鈦。
【文檔編號】C23C18/14GK104313549SQ201410472524
【公開日】2015年1月28日 申請日期:2014年9月16日 優(yōu)先權日:2014年9月16日
【發(fā)明者】張東, 李秀強 申請人:同濟大學