專利名稱：一種電鍍沉積法制備石墨烯膜的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及石墨烯薄膜的制備方法，具體地說是一種用電鍍沉積法制備石墨烯膜的方法。
背景技術(shù)：
石墨烯為單原子層石墨晶體薄膜，其擁有電輸運(yùn)性可控，薄膜形態(tài)易與現(xiàn)代微電子工藝結(jié)合等優(yōu)點(diǎn)，因此合成大面積和高性能石墨烯成為人們的追求。最初是采用膠帶將高定向石墨不斷分離來獲取單層的石墨烯。但是這種方法存在存在合成形狀不可控等問題。后來發(fā)展出化學(xué)法制備石墨烯，先將石墨氧化，再超聲剝離得到氧化石墨烯溶液，然后采用還原劑處理過后就能得到石墨烯。用這種方法能控制石墨烯的合成形狀，易于和現(xiàn)代工藝接軌。不過這種方法合成的石墨烯性能與理論值相比相差很多。因此尋找新型、低成本、能大規(guī)模制備石墨烯膜成為重要研究方向。因此，電鍍氧化石墨烯分散液作為一種簡單、高效、可控制膜厚的加工方法，擁有很大的發(fā)展?jié)摿Γ珜﹄婂円阂蠛芨?，一般的溶劑不能很好地分散氧化石墨烯。通常文獻(xiàn)和專利都是用水作為分散介質(zhì)分散氧化石墨烯，但是這種情況進(jìn)行電鍍時，會產(chǎn)生大量氣泡，致使石墨烯表面會有氣泡附著，表面不平，膜不夠均勻和致密。氧化石墨烯在分散液中的分散一直是難以解決的問題，所以需要新的溶劑制備分散液，既使氧化石墨烯能均勻穩(wěn)定的分散，又使電鍍時可以形成均勻完整的膜，并可以很好的控制膜厚。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明旨在用電鍍沉積法制備并獲得石墨烯膜，所要解決的技術(shù)問題是提高氧化石墨烯分散液作為電鍍液時的穩(wěn)定性，也就是選擇適宜的溶劑作為分散液的分散介質(zhì)。申請人:經(jīng)實驗研究發(fā)現(xiàn)用甲醇和水的混合溶劑制備的分散液既使氧化石墨烯穩(wěn)定分散，又能得到均勻、平整、膜厚可控的石墨烯膜。本發(fā)明選擇水和甲醇混合溶劑制備分散液分散氧化石墨烯，先把水和甲醇按照 2 : 1-1 : 3的體積比混合,然后加入一定量的氧化石墨稀粉末，最后超聲振蕩2小時,便得到穩(wěn)定的氧化石墨烯分散液，分散液中氧化石墨烯的濃度為l_3mg/mL。本石墨烯膜的制備方法是電鍍沉積法，包括電鍍和還原反應(yīng)，與現(xiàn)有技術(shù)的區(qū)別是電鍍所用的電鍍液是氧化石墨烯加入水和甲醇的混合溶劑中經(jīng)超聲分散得到的分散液， 水和甲醇的混合體積比為2 1-1 3，氧化石墨烯的濃度為l-3mg/mL。把沉積在ITO玻璃上的氧化石墨烯膜烘干，先把水合肼加熱到85°C，然后把沉積有氧化石墨烯膜的ITO玻璃放入，進(jìn)行還原，IOmin后取出，晾干，然后放入200°C的真空烘箱內(nèi)，12小時后取出，此時氧化石墨烯薄膜已被還原成石墨烯薄膜附著在ITO基板上。該石墨烯膜可以用膠帶輕松地自 ITO玻璃上完整地揭下，并且揭下的膜光滑致密，為工業(yè)上大規(guī)模制備石墨烯膜提供了技術(shù)支持。優(yōu)選分散液中水和甲醇的混合體積比為I : 2，氧化石墨烯的濃度2mg/L。
本發(fā)明甲醇和水按照一定體積比進(jìn)行混合，從而將各組分的優(yōu)點(diǎn)結(jié)合起來，以實現(xiàn)單一組分無法實現(xiàn)的功能。也就是甲醇和水的混合液是分散氧化的石墨烯的良好分散介質(zhì)，既能形成均勻的分散帶羧基的石墨烯分散液，且能長時間穩(wěn)定存在，又能在電鍍時于正極表面形成厚薄均勻、表面光滑的膜，同時可以通過控制電鍍電壓、電鍍時間、溶液的濃度控制膜厚。用純甲醇分散的氧化石墨烯分散液，在靜置I小時后就出現(xiàn)分離，而用甲醇和水混合液分散的氧化石墨烯分散均勻且穩(wěn)定，此分散液可穩(wěn)定存在半年以上。綜上所述，甲醇和水混合液分散的氧化石墨烯分散液均勻、穩(wěn)定。比較圖I、圖2，表明用水和甲醇混合溶液分散氧化石墨烯的分散液其穩(wěn)定性遠(yuǎn)高于用甲醇分散氧化石墨烯的分散液。
四

圖I是水和甲醇混合溶液分散氧化石墨烯的zeta電位圖。圖2是水分散氧化石墨烯的zeta電位圖。圖3是剝離下來的石墨烯膜的原子力圖。圖4自左至右依次是制備實施例(1)-(6)中不同體積比分散液電鍍得到的石墨烯膜照片。通過對比表明在甲醇和水體積比2 I的條件下，分散氧化石墨烯形成的氧化石墨烯分散液成膜最好。圖5是(5)、(7)的透光率曲線。表明時間長膜變厚，透光率低。圖6是剝離下來的膜。表明剝離下來石墨烯膜膜厚均勻、致密。與原圖對照證明膜可以完整無損傷地揭下，或者按需要揭取相應(yīng)大小。
五具體實施例方式I、氧化石墨烯的制備采用Hmnmers方法制備氧化石墨。具體的工藝流程在冰水浴中裝配好250mL的反應(yīng)瓶,加入適量的濃硫酸,攪拌下加入2g石墨粉和Ig硝酸鈉的固體混合物，再分次加入 6g高錳酸鉀，控制反應(yīng)溫度不超過20°C，攪拌反應(yīng)一段時間，然后升溫到35°C左右，繼續(xù)攪拌30min，再緩慢加入一定量的去離子水，續(xù)拌20min后，并加入適量雙氧水還原殘留的氧化劑，使溶液變?yōu)榱咙S色。趁熱過濾，并用5% HCl溶液和去離子水洗滌直到濾液中無硫酸根被檢測到為止。最后將濾餅置于60°C的真空干燥箱中充分干燥，保存?zhèn)溆谩?、氧化石墨烯分散液的制備先把甲醇和水混合液按一定的體積比放入瓶中，然后按l_3mg/ml放入氧化石墨烯。550W超聲振蕩2小時。3、石墨烯膜的制備加入6ml的電鍍液于電解槽,把長為5cm寬為Icm的ITO玻璃片和相同尺寸的不銹鋼片豎著放置，構(gòu)成一個間距為7. 5mm的電容。ITO玻璃作為正極的，不銹鋼片作為負(fù)極。 根據(jù)需要的膜厚選擇電壓、沉積時間，在ITO玻璃上得到氧化石墨烯膜，然后再進(jìn)行還原反應(yīng)，先把水合肼加熱到85°C，然后把帶氧化石墨烯膜的ITO玻璃放入，進(jìn)行還原，IOmin后取出，晾干，然后放入200°C的真空烘箱內(nèi)，12小時后取出，此時氧化石墨烯薄膜已被還原成石墨烯薄膜。最后再用膠帶等粘性物質(zhì)將其剝離下來，就得到石墨烯膜。如圖6所示。按以下條件制備樣品
(I)水和氧化石墨烯分散液，電鍍電壓5V，3min。(2)甲醇和氧化石墨烯的分散液，電鍍電壓5V，3min。(3)水與甲醇混合溶劑和氧化石墨烯的分散液，其中水和甲醇的體積比為2 I 電鍍電壓5V，3min。(4)水與甲醇混合溶劑和氧化石墨烯的分散液，其中水和甲醇的體積比為I : I 電鍍電壓5V，3min。(5)水與甲醇混合溶劑和氧化石墨烯的分散液，其中水和甲醇的體積比為I : 2 電鍍電壓5V，3min。(6)水與甲醇混合溶劑和氧化石墨烯的分散液，其中水和甲醇的體積比為I : 3 電鍍電壓5V，3min。(7)水與甲醇混合溶劑和氧化石墨烯的分散液，其中水和甲醇的體積比為I : 2 電鍍電壓5V，9min。
權(quán)利要求
1.一種電鍍沉積法制備石墨烯膜的方法，包括電鍍和還原反應(yīng)，其特征在于所述的電鍍所用的電鍍液是氧化石墨烯加入水和甲醇的混合溶劑中經(jīng)超聲分散得到的分散液，水和甲醇的混合體積比為2 1-1 3，氧化石墨烯的濃度為l-3mg/mL。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于分散液中水和甲醇的混合體積比為 I 2。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的方法，其特征在于分散液中氧化石墨烯的濃度為2mg/mLo
全文摘要
一種電鍍沉積法制備石墨烯膜的方法，包括電鍍和還原反應(yīng)，所述的電鍍所用的電鍍液是氧化石墨烯加入水和甲醇的混合溶劑中經(jīng)超聲分散得到的分散液，水和甲醇的混合體積比為2∶1-1∶3，氧化石墨烯的濃度為1-3mg/mL。本分散液穩(wěn)定性好，存放半年以上不分層，通過電鍍和還原得到的附著在正極板上的石墨烯膜可以完整地剝離下來，膜致密光滑，本方法為規(guī)?；苽涫┠ぬ峁┝思夹g(shù)支持。
文檔編號C01B31/04GK102583354SQ201210060740
公開日2012年7月18日 申請日期2012年3月9日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月9日
發(fā)明者呂國強(qiáng), 夏亮, 林廣慶, 邱龍臻 申請人:合肥工業(yè)大學(xué)