專利名稱：一種石墨烯薄膜的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于石墨稀制備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及 一種石墨烯薄膜的制備方法。
背景技術(shù)：
隨著石墨烯的發(fā)現(xiàn)，其優(yōu)異的電學(xué)性質(zhì)、力學(xué)性質(zhì)、熱學(xué)性質(zhì)和磁學(xué)性質(zhì) 引起了人們的廣泛關(guān)注。同時制備石墨烯的方法也層出不窮，主要有微機(jī)械剝離法
(Novoselov KS, GeimAK, Morozov SV, Jiang D, Zhang Y, Dubonos SVetaJ. Science 2004, 306,666)、化學(xué)法(Stankovich S, DikinDA,改 W. Carbon 2007，45,1558)和外延生長 (Kim KS, Zhao Y, etal. Nature 2009, 457,706)。石墨烯薄膜具有諸多優(yōu)異性質(zhì)，正因 為此出現(xiàn)了諸多制備薄膜的方法。其中外延法和CVD法(Hofrichter J, etal. Nano Lett. 2010, 10, 36; LeeYB, Bae SK, etal. Nano Lett. 2010, 10, 490)，可以得到層數(shù)較少且性能非 常好的薄膜，但其制備條件苛刻，成本較高且薄膜難于剝離；另外，利用氧化石墨的親 水性，可以先通過旋涂的方法得到氧化石墨薄膜，進(jìn)而再用胼蒸汽將其還原。該方法所 得的石墨烯薄膜厚度相對來說，還是有點厚，同時導(dǎo)電率明顯降低(Eda G, FanchiniG,改 al. Nature Nanotec. 2008, 3, 270)。

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明目的本發(fā)明提供一種石墨烯薄膜的制備方法，該方法得到的石墨稀薄膜 厚度薄，透明度高。技術(shù)方案一種石墨烯薄膜的制備方法，將氧化石墨或可膨脹石墨放入加熱爐 中，然后迅速升溫至700°C 1500°C，并維持0.5 30min，自然冷卻，得到絮狀的石墨， 取絮狀石墨直接或研磨成粉放入盛有液體的容器中，靜置或攪拌或超聲，然后靜置一段 時間，即可在液面上形成石墨烯薄膜。所述的加熱爐可以為馬弗爐、真空管式爐或快速熱退火爐；爐體氣氛為大氣、 氮氣、氫氣或氬氣；爐體氣壓為一個大氣壓或者負(fù)壓。升溫速率控制在1°C /s 300°C /S。所盛有的液體為水、乙醇、甲醇、丙酮、乙二醇及離子液體中的一種或任意 幾種混合物。液體的溫度在-10 100°C。有益效果與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下特點
本方法利用高溫還原氧化石墨所得的石墨烯作為成膜原料，具有還原效果好，薄膜 導(dǎo)電性好的優(yōu)點，同時利用石墨烯和液體的表面張力之間的相互作用，得到了非常薄的薄膜，透明性非常好。本發(fā)明將絮狀的石墨烯灑在液面上，利用液體表面能及石墨烯表面能的相互關(guān) 系，可以得到非常薄透明度極高的石墨烯薄膜，同時隨著容器尺寸的不同，還可以得到 不同尺寸的薄膜，所有這些特征為石墨烯的應(yīng)用，提供了廣闊的空間。


圖1為用銅網(wǎng)撈取的薄膜的透射電子顯微鏡的照片，可看出，薄膜呈透明狀， 非常薄，同時還有很多皺褶，表面積相當(dāng)大。皺褶的形成部分原因可能是銅網(wǎng)撈取后， 由于表面張力的收縮作用所致；
圖2為該薄膜的更大放大倍數(shù)的透射電子顯微鏡照片，更加進(jìn)一步證明了薄膜的厚度。
具體實施例方式以下結(jié)合實例對本發(fā)明作進(jìn)一步的描述 實施例1
第一步，在三角燒瓶中加入46mL濃硫酸，并置于0士 1°C的冰浴中，然后緩慢加入 2g可膨脹石墨和Ig硝酸鈉，接著分四次加入6g高錳酸鉀(時間間隔為十五分鐘)，完成 后將三角燒瓶移至室溫下，放置16h (不停的攪拌)，接著用針筒緩慢連續(xù)的加入92mL 水且將溫度升高至98°C維持15min ；結(jié)束后用溫水稀釋至280mL，并加入6mL 30%wt的 雙氧水；接下來就是趁熱清洗，首先用5%wt的稀鹽酸清洗7次以除去硫酸根離子，接著 再用去離子水清洗7次以除去氯離子并用硝酸銀檢驗；最后就是在60°C下進(jìn)行15h的干 燥；
第二步，將干燥的氧化石墨放在石英舟上，并送入石英管中，打開氮氣閥門，向管 式爐的石英管中通入氮氣lOmin，接著以10°C/s的升溫速率快速升溫到1300°C，并維持 5min,接著快速降溫到500°C以下，停止通入氮氣并自然冷卻。第三步，將得到的絮狀石墨烯灑于燒杯中的水面上，并輕輕攪拌，即可形成石 墨烯薄膜如圖1、2所示。
實施例2
制備方法基本同實施例1，不同之處在于，將氧化石墨換成了膨脹石墨，得到的還原 后的石墨烯，灑于水面上可得到類似于圖1所示的結(jié)果。
實施例3
制備方法基本同實施例1，不同之處在于，石英管不是充滿氮氣，而是抽成真空，得 到的石墨烯。
實施例4制備方法基本同實施例1，不同之處在于，升溫速率由10°C/S變?yōu)?0°C/s，得到的 石墨烯形成的薄膜類似于圖1、2所示的結(jié)果。
實施例5
制備方法基本同實施例4，不同之處在于，維持溫度由1300°C變?yōu)?100°C，同樣得 到圖1所示的類似結(jié)果。
實施例6
制備方法基本同實施例1，不同之處在于，燒杯中的水被變成了離子液體，同樣得到 圖1所示的類似結(jié)果。
實施例7
制備方法基本同實施例6，不同之處在于，離子液體換成了有機(jī)溶劑乙醇，得到了類 似于圖1所示的結(jié)果。實施例8
一種石墨烯薄膜的制備方法，將氧化石墨或可膨脹石墨放入加熱爐中，然后迅速升 溫至700°C 1500°C，并維持0.5 30min，自然冷卻，得到絮狀的石墨，取絮狀石墨直接 或研磨成粉放入盛有液體的容器中，靜置或攪拌或超聲，然后靜置一段時間，即可在液 面上形成石墨烯薄膜。所述的加熱爐可以為馬弗爐、真空管式爐或快速熱退火爐；爐體 氣氛為大氣、氮氣、氫氣或氬氣；爐體氣壓為一個大氣壓或者負(fù)壓。升溫速率控制在 1°C/s 300°C Λ。所盛有的液體為水、乙醇、甲醇、丙酮、乙二醇及離子液體中的一 種或任意幾種混合物。液體的溫度在-10 100°C。
權(quán)利要求
1.一種石墨烯薄膜的制備方法，其特征在于將氧化石墨或可膨脹石墨放入加熱爐 中，然后迅速升溫至700°c 1500°C，并維持0.5 30min，自然冷卻，得到絮狀的石墨， 取絮狀石墨直接或研磨成粉放入盛有液體的容器中，靜置或攪拌或超聲，然后靜置一段 時間，即可在液面上形成石墨烯薄膜。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述石墨烯薄膜的制備方法，其特征在于所述的加熱爐可以為 馬弗爐、真空管式爐或快速熱退火爐；爐體氣氛為大氣、氮氣、氫氣或氬氣；爐體氣壓 為一個大氣壓或者負(fù)壓。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述石墨烯薄膜的制備方法，其特征在于升溫速率控制在1°C/ s 300 °C /s。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述石墨烯薄膜的制備方法，其特征在于所盛有的液體為 水、乙醇、甲醇、丙酮、乙二醇及離子液體中的一種或任意幾種混合物。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述石墨烯薄膜的制備方法，其特征在于液體的溫度 在-10 100°C。
全文摘要
一種石墨烯薄膜的制備方法，將氧化石墨或可膨脹石墨放入加熱爐中，然后迅速升溫至700℃~1500℃，并維持0.5~30min，自然冷卻，得到絮狀的石墨，取一定量絮狀石墨直接或研磨成粉放入盛有液體的燒杯中，靜置或攪拌或超聲，然后靜置一段時間，即可在液面上形成石墨烯薄膜。本方法利用高溫還原氧化石墨所得的石墨烯作為成膜原料，具有還原效果好，薄膜導(dǎo)電性好的優(yōu)點，同時利用石墨烯和液體的表面張力之間的相互作用，得到了非常薄的薄膜，透明性非常好。
文檔編號C01B31/02GK102009976SQ20101060731
公開日2011年4月13日 申請日期2010年12月28日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月28日
發(fā)明者萬能, 孫立濤, 尹奎波, 徐峰, 畢恒昌 申請人:東南大學(xué)