石墨烯薄膜及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及石墨烯薄膜及其制備方法，該石墨烯薄膜的制備方法包括配制氧化石墨烯的懸浮液；向所述氧化石墨烯的懸浮液中加入粘合劑得到混合物，對(duì)所述混合物進(jìn)行保溫處理；以及將經(jīng)過保溫處理的所述混合物涂覆于襯底上，并進(jìn)行干燥得到襯底負(fù)載氧化石墨烯復(fù)合膜，然后將所述襯底負(fù)載氧化石墨烯復(fù)合膜進(jìn)行高溫退火處理，得到襯底負(fù)載石墨烯復(fù)合膜，分離所述襯底和石墨烯薄膜，得到所述石墨烯薄膜的步驟。該方法與真空抽率的方法相比，制備工藝簡(jiǎn)單、制備周期短，能夠制備大面積的石墨烯薄膜，適合工業(yè)化生產(chǎn)。
【專利說明】石墨烯薄膜及其制備方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及導(dǎo)熱材料【技術(shù)領(lǐng)域】，特別是涉及一種石墨烯薄膜的制備方法及采用該方法制備的石墨烯薄膜。

【背景技術(shù)】
[0002]隨著電子技術(shù)的飛速發(fā)展，封裝的小型化和組裝的高密度化以及各種新型封裝技術(shù)的不斷涌現(xiàn)，導(dǎo)致了芯片發(fā)熱量急劇上升，芯片壽命降低。研究表明，溫度每升高10°c，Si或GaAs半導(dǎo)體因壽命縮短而產(chǎn)生的失效是原來的三倍。這是由于在微電子集成電路或者大功率整流器件中，材料之間的散熱差導(dǎo)致熱疲勞及熱膨脹系數(shù)不匹配產(chǎn)生熱應(yīng)力引起的。因此導(dǎo)熱系數(shù)和熱膨脹系數(shù)是發(fā)展現(xiàn)代電子封裝材料所必須考慮的兩大基本因素。因此，導(dǎo)熱材料對(duì)現(xiàn)代電子封裝至關(guān)重要。
[0003]傳統(tǒng)的導(dǎo)熱材料有陶瓷、環(huán)氧玻璃、金剛石、金屬及其復(fù)合材料等，有些在電子封裝領(lǐng)域中應(yīng)用已經(jīng)較為成熟，但是或多或少存在一些缺點(diǎn)。如W-Cu合金盡管具有優(yōu)異的導(dǎo)熱性能及低的熱膨脹系數(shù)和較好的封裝氣密性，但是其密度過高，導(dǎo)致了其應(yīng)用受到限制。
[0004]石墨烯是單層原子厚度的石墨，具有二維蜂窩狀網(wǎng)格結(jié)構(gòu)。其導(dǎo)熱系數(shù)為5300W/m.K,聞?dòng)诮饎偸吞技{米管，是已知強(qiáng)度最聞的物質(zhì)，比鉆石還堅(jiān)硬，比最好的鋼鐵聞上100倍，其楊氏模量為llOOGpa，拉伸強(qiáng)度為130Gpa。目前，中國(guó)科學(xué)家利用真空抽濾的方法將短切碳纖維與氧化石墨烯制備成復(fù)合紙，再進(jìn)行還原獲得石墨烯復(fù)合紙，其水平面內(nèi)的導(dǎo)熱率高達(dá)977W/m.Κ。但是真空抽濾的方法耗能、周期長(zhǎng)，且產(chǎn)品面積較小，不適合工業(yè)化生產(chǎn)，并且難以制備大面積的石墨烯薄膜。因此，需要尋找一種簡(jiǎn)單易行的方法，節(jié)能、周期短，實(shí)現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]基于此，有必要提供一種工藝簡(jiǎn)單、能耗較低的石墨烯薄膜的制備方法，并能制備大面積的石墨烯薄膜。
[0006]進(jìn)一步，提供一種由上述石墨烯薄膜的制備方法的制備的石墨烯薄膜。
[0007]一種石墨烯薄膜的制備方法，包括如下步驟:
[0008]配制氧化石墨烯的懸浮液；
[0009]向所述氧化石墨烯的懸浮液中加入粘合劑得到混合物，對(duì)所述混合物進(jìn)行保溫處理；及
[0010]將經(jīng)過保溫處理的所述混合物涂覆于襯底上，并進(jìn)行干燥得到襯底負(fù)載氧化石墨烯復(fù)合膜，然后將所述襯底負(fù)載氧化石墨烯復(fù)合膜進(jìn)行高溫退火處理，得到襯底負(fù)載石墨烯復(fù)合膜，分離所述襯底和石墨烯薄膜，得到所述石墨烯薄膜。
[0011 ] 在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述配制氧化石墨烯的懸浮液的步驟是將氧化石墨烯加入水中，采用機(jī)械攪拌或超聲分散使氧化石墨烯分散均勻，得到所述氧化石墨烯的懸浮液。
[0012] 在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述機(jī)械攪拌的速率為50r/min~500r/min,攪拌的時(shí)間為Ih~1h ;所述超聲分散是在功率為100W~1000W的超聲波下分散0.5h~5h。
[0013]在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述氧化石墨烯的懸浮液中，氧化石墨烯的濃度為0.5g/L ~5g/L。
[0014]在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述粘合劑選自淀粉、糊精、聚乙烯醇及羧甲基纖維素中的至少一種。
[0015]在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述粘合劑的質(zhì)量是所述氧化石墨烯的質(zhì)量的0.1%~10%。
[0016]在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述保溫處理的操作是于40°C~100°C下保溫1min~60mino
[0017]在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述將經(jīng)過保溫處理的所述混合物涂覆于襯底上，并進(jìn)行干燥得到襯底負(fù)載氧化石墨烯復(fù)合膜的操作是采用刮涂法或熱蒸發(fā)法。
[0018]在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述將所述襯底負(fù)載氧化石墨烯復(fù)合膜進(jìn)行高溫退火處理的操作是在保護(hù)氣體氛圍中，將所述襯底負(fù)載氧化石墨烯復(fù)合膜于500°C~1050°C下處理
0.5h ~5h0
[0019]一種由上述石墨烯薄膜的制備方法制備的石墨烯薄膜。
[0020]上述石墨烯薄膜的制備方法將氧化石墨烯配制成氧化石墨烯的懸浮液后，加入粘合劑得到混合物，將混合物涂覆于襯底上制備襯底負(fù)載氧化石墨烯復(fù)合膜，經(jīng)過高溫退火及分離后，即得到石墨烯薄膜。該方法與真空抽率的方法相比，制備工藝簡(jiǎn)單、制備周期短，能夠制備大面積的石墨烯薄膜，適合工業(yè)化生產(chǎn)。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0021]圖1為一實(shí)施方式的石墨烯薄膜的制備方法的流程圖。

【具體實(shí)施方式】
[0022]為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更加明顯易懂，下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】做詳細(xì)的說明。在下面的描述中闡述了很多具體細(xì)節(jié)以便于充分理解本發(fā)明。但是本發(fā)明能夠以很多不同于在此描述的其它方式來實(shí)施，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在不違背本發(fā)明內(nèi)涵的情況下做類似改進(jìn)，因此本發(fā)明不受下面公開的具體實(shí)施的限制。
[0023]請(qǐng)參閱圖1，一實(shí)施方式的石墨烯薄膜的制備方法，包括如下步驟SllO至步驟S130。
[0024]步驟SllO:配制氧化石墨烯的懸浮液。
[0025]將氧化石墨烯加入水中，采用機(jī)械攪拌或超聲分散的方式將氧化石墨烯分散均勻，得到氧化石墨烯的懸浮液。
[0026]優(yōu)選地，機(jī)械攪拌的速率為50r/min~500r/min,攪拌的時(shí)間為Ih~10h。更優(yōu)選地，機(jī)械攪拌的功率為100r/min~500r/min,攪拌的時(shí)間為Ih~5h。
[0027]超聲分散是在功率為100W~1000W的超聲波下分散0.5h~5h。更優(yōu)選地，超聲波的功率為500W~1000W，分散時(shí)間為0.5h~3h。
[0028]優(yōu)選地，氧化石墨烯的懸浮液中，氧化石墨烯的濃度為0.5g/L~5g/L。選用該濃度，一方面使氧化石墨烯較好地分散，能夠保證石墨烯薄膜的厚度均勻性；另一面避免所得的石墨烯薄膜的厚度過小。更優(yōu)選地，氧化石墨烯的濃度為lg/L~5g/L。
[0029]步驟S120:向氧化石墨烯的懸浮液中加入粘合劑得到混合物，對(duì)混合物進(jìn)行保溫處理。
[0030]向氧化石墨烯的懸浮液中加入粘合劑得到混合物，保溫處理使粘合劑溶解后得到具有一定粘度的混合物，以利于后續(xù)涂覆。
[0031]粘合劑選自淀粉、糊精、聚乙烯醇及羧甲基纖維素中的至少一種。優(yōu)選地，粘合劑的質(zhì)量占氧化石墨稀的質(zhì)量的0.1%~10%,以保證使混合物具有合適的粘度，并在后續(xù)的高溫退火處理中，能夠較完全將粘合劑除去，得到性能優(yōu)越的石墨烯薄膜。更優(yōu)選地，粘合劑的質(zhì)量占氧化石墨烯的質(zhì)量的0.5%~10%。
[0032]保溫處理的操作為將該混合物于40°C~100°C下保溫1min~60min，使粘合劑充分溶解。優(yōu)選地，保溫處理的溫度為50°C~95°C。
[0033]步驟S130:將經(jīng)過保溫處理的混合物涂覆于襯底上，并進(jìn)行干燥得到襯底負(fù)載氧化石墨烯復(fù)合膜，然后將襯底負(fù)載氧化石墨烯復(fù)合膜進(jìn)行高溫退火處理，得到襯底負(fù)載石墨烯復(fù)合膜，分離襯底和石墨烯薄膜，得到石墨烯薄膜。
[0034]襯底可以為銅箔、鈦箔等，優(yōu)選為銅箔。銅箔作為載體制備石墨烯薄膜，同時(shí)還具有催化還原氧化石墨烯的作用，有利于后續(xù)高溫退火處理對(duì)氧化石墨烯的還原。并且，銅箔的價(jià)格相對(duì)較低，采用銅箔作為襯底可以制備大面積的石墨烯的薄膜，有利于降低制備成本。石墨烯薄膜的形狀和大小可以通過改變銅箔的形狀和大小進(jìn)行調(diào)整。
[0035]銅箔的厚度優(yōu)選為5 μ m~200 μ m。當(dāng)后續(xù)高溫退火較高時(shí)，選用較厚的銅箔，以避免高溫下銅箔被熔化。例如，當(dāng)后續(xù)高溫退火的溫度大于900°C時(shí)，選用厚度為10 μ m以上的銅箔。銅箔的厚度更優(yōu)選為9 μ m~150 μ m。
[0036]將混合物涂覆于襯底上的步驟之前，還包括對(duì)襯底進(jìn)行清洗和干燥的步驟。清洗的步驟具體為:將襯底置于超聲清洗器中用清水清洗，然后再用乙醇浸泡清洗。干燥的步驟具體為:將清洗后的襯底置于鼓風(fēng)干燥箱或真空干燥箱中進(jìn)行干燥處理，干燥溫度為20°C~80°C，時(shí)間為Ih~10h。對(duì)襯底進(jìn)行清洗和干燥后再進(jìn)行涂覆，以避免后續(xù)得到石墨烯薄膜被灰塵等污染物污染。
[0037]可以采用刮涂法、噴涂法或熱蒸發(fā)法得到襯底負(fù)載氧化石墨烯復(fù)合膜。
[0038]刮涂法是采用刮涂器將混合物涂覆于襯底上，將混合物的襯底進(jìn)行干燥，除去溶劑，得到襯底負(fù)載氧化石墨烯復(fù)合膜。
[0039]噴涂法是將混合物噴涂于襯底上，將涂覆有混合物的襯底進(jìn)行干燥，除去溶劑，得到襯底負(fù)載氧化石墨烯復(fù)合膜。
[0040]優(yōu)選地，將涂覆有混合物的襯底進(jìn)行干燥的操作是將涂覆有混合物的襯底放入鼓風(fēng)干燥箱或真空干燥箱中進(jìn)行干燥處理，干燥溫度為30°C~100°C，時(shí)間為0.5h~5h。
[0041]熱蒸發(fā)法是將混合物倒入襯底表面，對(duì)襯底進(jìn)行加熱，使混合物中的溶劑蒸發(fā)。優(yōu)選地，將襯底加熱至60°C~90°C，加熱時(shí)間為0.5h~2h。
[0042]優(yōu)選采用刮涂法制備襯底負(fù)載氧化石墨烯復(fù)合膜，有利于得到厚度均勻性較好的石墨烯薄膜。
[0043] 將襯底負(fù)載氧化石墨烯復(fù)合膜進(jìn)行高溫退火處理的操作具體為:在保護(hù)氣體氛圍中，將襯底負(fù)載氧化石墨烯復(fù)合膜于500°C~1080°C下處理0.5h~5h。
[0044]保護(hù)氣體選自氮?dú)?、氬氣、氦氣及氫氣中的至少一種。
[0045]高溫退火的目的是對(duì)氧化石墨烯進(jìn)行還原。采用高溫?zé)崽幚磉M(jìn)行還原，相比于使用化學(xué)還原劑進(jìn)行還原，還原較為徹底，所獲得的石墨烯薄膜的導(dǎo)熱性能及電學(xué)性能較優(yōu)。更優(yōu)選地，高溫退火的溫度為500°C~1050°C。
[0046]高溫退火后，得到襯底負(fù)載石墨烯復(fù)合膜，將石墨烯薄膜從襯底上撕下來，將石墨烯薄膜和襯底分離，即得到石墨烯薄膜。
[0047]上述石墨烯薄膜的制備方法將氧化石墨烯配制成氧化石墨烯的懸浮液后，加入粘合劑得到混合物，將混合物涂覆于襯底上制備襯底負(fù)載氧化石墨烯復(fù)合膜，經(jīng)過高溫退火及分離后，即得到石墨烯薄膜。該方法與真空抽濾的方法相比，工藝簡(jiǎn)單、制備周期短、能耗低，能夠制備大面積的石墨烯薄膜，適合工業(yè)化生產(chǎn)。
[0048]采用上述石墨烯薄膜的制備方法能夠制備厚度為500nm~100 μ m的石墨烯薄膜。
[0049]經(jīng)實(shí)驗(yàn)表明，采用上述石墨烯薄膜的制備方法制得的石墨烯薄膜的導(dǎo)熱率為500ff/m.K~1000W/m.K,拉伸強(qiáng)度為1Mpa~500Mpa，彈性模量為2Gpa~50Gpa，說明制得的石墨烯薄膜的導(dǎo)熱性能和力學(xué)性能較優(yōu)。
[0050]采用上述石墨烯薄膜的制備方法制備得到的石墨烯薄膜可以直接作為散熱器材料，在電子封裝方面具有很大的應(yīng)用前景。
[0051]以下通過具體實(shí)施例對(duì)上述石墨烯薄膜的制備方法進(jìn)一步闡述。
[0052]以下具體實(shí)施例的測(cè)定方法如下:
[0053](I)熱擴(kuò)散系數(shù)A的測(cè)試:采用型號(hào)為NETZSCH LFA447NanoFlash的激光閃光裝置，測(cè)試樣品的面內(nèi)熱擴(kuò)散系數(shù)。
[0054](2)比熱容Cp的測(cè)試:采用型號(hào)為NETZSCH DSC200F3的差示掃描量熱儀，測(cè)試樣品的比熱容。
[0055](3)熱導(dǎo)率K = AQCp，其中Q為樣品的體積密度。
[0056]實(shí)施例1
[0057]稱取3g氧化石墨烯，通過超聲處理器均勻分散在IL去離子水中，獲得質(zhì)量溶度為3g/L的氧化石墨烯的懸浮液，其中超聲功率為500W，分散時(shí)間為2h。向氧化石墨烯的懸浮液中加入9mg聚乙烯醇得到混合物，將混合物置于85°C的烘箱中保溫處理lOmin，使得聚乙烯醇溶解。將厚度為30 μ m的銅箔置于超聲波清洗器中用清水清洗，然后用乙醇浸泡30min，取出放置于鼓風(fēng)干燥箱中于80°C下鼓風(fēng)干燥lh。利用刮涂器將經(jīng)過保溫處理的混合物涂覆到潔凈、干燥的銅箔表面，將涂覆有混合物的銅箔置于80°C的鼓風(fēng)烘箱中干燥2h,獲得銅箔負(fù)載氧化石墨烯復(fù)合膜。將銅箔負(fù)載氧化石墨烯復(fù)合膜取出，進(jìn)行高溫還原處理。高溫還原處理的方法是將銅箔負(fù)載氧化石墨烯復(fù)合膜置于管式爐中，通入氬氣和氫氣的混合氣體(気氣的體積百分比為95%,氫氣的體積百分比為5% ),還原溫度為900°C,時(shí)間為2h，獲得銅箔負(fù)載石墨烯復(fù)合膜。最后將石墨烯膜從銅箔表面揭下，獲得高性能的石墨烯膜。通過上述方法可制備30 μ m厚的石墨烯薄膜，其導(dǎo)熱率高達(dá)791.3ff/m.K，拉伸強(qiáng)度為30.5Mpa，彈性模量在3.7Gpa。
[0058]實(shí)施例2
[0059] 稱取5g氧化石墨烯，通過超聲處理器均勻分散在IL去離子水中，獲得質(zhì)量溶度為5g/L的氧化石墨烯的懸浮液，其中超聲功率為1000W，分散時(shí)間為5h。向氧化石墨烯的懸浮液中加入9mg聚乙烯醇得到混合物，將混合物置于85°C的烘箱中l(wèi)Omin，使得聚乙烯醇溶解。將厚度為60 μ m的銅箔置于超聲波清洗器中用清水清洗，然后用乙醇浸泡30min，取出放置于鼓風(fēng)干燥箱中于50°C下鼓風(fēng)干燥4h。利用刮涂器將經(jīng)保溫處理的混合物涂覆到潔凈、干燥的銅箔表面，將涂覆有混合物的銅箔置于80°C的鼓風(fēng)烘箱中干燥2h，獲得銅箔負(fù)載氧化石墨烯復(fù)合膜。將銅箔負(fù)載氧化石墨烯復(fù)合膜取出，進(jìn)行高溫還原處理。高溫還原處理的方法是將銅箔負(fù)載氧化石墨烯復(fù)合膜置于管式爐中，通入氬氣，還原溫度為1000°C，時(shí)間為2h，獲得銅箔負(fù)載石墨烯復(fù)合膜。最后將石墨烯膜從銅箔表面揭下，獲得高性能的石墨烯膜。通過上述方法可制備50 μ m厚的石墨烯薄膜，其導(dǎo)熱率高達(dá)759W/m.K，拉伸強(qiáng)度為26.7Mpa，彈性模量在4.6Gpa。
[0060]實(shí)施例3
[0061 ] 稱取3g氧化石墨烯，通過超聲處理器均勻分散在IL去離子水中，獲得質(zhì)量溶度為3g/L的氧化石墨烯的懸浮液，其中超聲功率為500W，分散時(shí)間為2h。向氧化石墨烯的懸浮液中加入3mg聚乙烯醇得到混合物，將混合物置于85°C的烘箱中l(wèi)Omin，使得聚乙烯醇溶解。將厚度為30 μ m的銅箔置于超聲波清洗器中用清水清洗，然后用乙醇浸泡30min取出放置于鼓風(fēng)干燥箱中于20°C下鼓風(fēng)干燥10h。利用刮涂器將經(jīng)過保溫處理的混合物涂覆到潔凈、干燥的銅箔表面，將涂覆有混合物的銅箔置于80°C的鼓風(fēng)烘箱中干燥lh，獲得銅箔負(fù)載氧化石墨烯復(fù)合膜。將銅箔負(fù)載氧化石墨烯復(fù)合膜取出，進(jìn)行高溫還原處理。高溫還原處理的方法是將銅箔負(fù)載氧化石墨烯復(fù)合膜置于管式爐中，通入氮?dú)?，還原溫度為900°C，時(shí)間為4h，獲得銅箔負(fù)載石墨烯復(fù)合膜。最后將石墨烯膜從銅箔表面揭下，獲得高性能的石墨烯膜。通過上述方法可制備30 μ m厚的石墨烯薄膜，其導(dǎo)熱率高達(dá)821.1ff/m.K，拉伸強(qiáng)度為41.1Mpa，彈性模量在5.2Gpa。
[0062]實(shí)施例4
[0063]稱取3g氧化石墨烯，通過超聲處理器均勻分散在IL去離子水中，獲得質(zhì)量溶度為3g/L的氧化石墨烯的懸浮液，其中超聲功率為800W，分散時(shí)間為lh。向氧化石墨烯的懸浮液中加入9mg聚乙烯醇得到混合物，將混合物置于85°C的烘箱中l(wèi)Omin，使得聚乙烯醇溶解。將厚度為30 μ m的銅箔置于超聲波清洗器中用清水清洗，然后用乙醇浸泡60min，取出放置于鼓風(fēng)干燥箱中于30°C下鼓風(fēng)干燥8h。將經(jīng)過保溫處理的混合物倒入潔凈、干燥的銅箔表面，將涂覆有混合物的銅箔置于加熱板上加熱到90°C，加熱lh，獲得銅箔負(fù)載氧化石墨烯復(fù)合膜。將銅箔負(fù)載氧化石墨烯復(fù)合膜取出，進(jìn)行高溫還原處理。高溫還原處理的方法是將銅箔負(fù)載氧化石墨烯復(fù)合膜置于管式爐中，通入氬氣和氫氣的混合氣體(氬氣的體積百分比為95%，氫氣的體積百分比為5% )，還原溫度為900°C，時(shí)間為2h，獲得銅箔負(fù)載石墨烯復(fù)合膜。最后將石墨烯膜從銅箔表面揭下，獲得高性能的石墨烯膜。通過上述方法可制備1ym厚的石墨烯薄膜，其導(dǎo)熱率高達(dá)873.5W/m*K，拉伸強(qiáng)度為37.3Mpa，彈性模量在 4.8Gpa。
[0064]實(shí)施例5
[0065]稱取5g氧化石墨烯，通過超聲處理器均勻分散在IL去離子水中，獲得質(zhì)量溶度為5g/L的氧化石墨烯的懸浮液，其中超聲功率為1000W，分散時(shí)間為3h。向氧化石墨烯的懸浮液中加入500mg聚乙烯醇得到混合物，將混合物置于85°C的烘箱中l(wèi)Omin，使得聚乙烯醇溶解。將厚度為10 μ m的銅箔置于超聲波清洗器中用清水清洗，然后用乙醇浸泡60min，取出放置于鼓風(fēng)干燥箱中于40°C下鼓風(fēng)干燥6h。利用刮涂器將經(jīng)過保溫處理的混合物涂覆到潔凈、干燥的銅箔表面，將涂覆有混合物的銅箔置于80°C的鼓風(fēng)烘箱中干燥2h，獲得銅箔負(fù)載氧化石墨烯復(fù)合膜。將銅箔負(fù)載氧化石墨烯復(fù)合膜取出，進(jìn)行高溫還原處理。高溫還原處理的方法是將銅箔負(fù)載氧化石墨烯復(fù)合膜置于管式爐中，通入氬氣和氫氣的混合氣體(氬氣的體積百分比為80%，氫氣的體積百分比為20% )，還原溫度為500°C，時(shí)間為5h，獲得銅箔負(fù)載石墨烯復(fù)合膜。最后將石墨烯膜從銅箔表面揭下，獲得高性能的石墨烯膜。通過上述方法可制備50 μ m厚的石墨烯薄膜，其導(dǎo)熱率高達(dá)576.5ff/m-K,拉伸強(qiáng)度為47.2Mpa，彈性模量在6.2Gpa。
[0066]實(shí)施例6
[0067]稱取0.5g氧化石墨烯，通過機(jī)械攪拌均勻分散在IL去離子水中，獲得質(zhì)量溶度為
0.5g/L的氧化石墨烯的懸浮液,其中機(jī)械攪拌的速率為100r/min,攪拌時(shí)間為10h。向氧化石墨烯的懸浮液中加入20mg淀粉和5mg羧甲基纖維素得到混合物，將混合物置于40°C的烘箱中60min，使得淀粉溶解。將厚度為5 μ m的銅箔置于超聲波清洗器中用清水清洗，然后用乙醇浸泡60min，取出放置于鼓風(fēng)干燥箱中于75°C下鼓風(fēng)干燥1.5h。采用熱蒸發(fā)的方式將混合物涂覆于潔凈、干燥的銅箔表面，將涂覆有混合物的銅箔置于75°C的鼓風(fēng)烘箱中干燥3h，獲得銅箔負(fù)載氧化石墨烯復(fù)合膜。將銅箔負(fù)載氧化石墨烯復(fù)合膜取出，進(jìn)行高溫還原處理。高溫還原處理的方法是將銅箔負(fù)載氧化石墨烯復(fù)合膜置于管式爐中，通入氮?dú)?，還原溫度為500°C，時(shí)間為5h，獲得銅箔負(fù)載石墨烯復(fù)合膜。最后將石墨烯膜從銅箔表面揭下，獲得高性能的石墨烯膜。通過上述方法可制備500nm厚的石墨烯薄膜，其導(dǎo)熱率高達(dá)679.5W/m.K，拉伸強(qiáng)度為41.5Mpa，彈性模量在5.1Gpa0
[0068]實(shí)施例7
[0069]稱取Ig氧化石墨烯，通過機(jī)械攪拌均勻分散在IL去離子水中，獲得質(zhì)量溶度為lg/L的氧化石墨烯的懸浮液，其中機(jī)械攪拌的速率為500r/min,攪拌時(shí)間為lh。向氧化石墨烯的懸浮液中加入5mg糊精得到混合物，將混合物置于95°C的烘箱中15min，使得糊精溶解。將厚度為200 μ m的銅箔置于超聲波清洗器中用清水清洗，然后用乙醇浸泡30min，取出放置于鼓風(fēng)干燥箱中于75°C下鼓風(fēng)干燥1.5h。利用刮涂器將混合物涂覆到潔凈、干燥的銅箔表面，將涂覆有混合物的銅箔置于100°C的鼓風(fēng)烘箱中干燥0.5h，獲得銅箔負(fù)載氧化石墨烯復(fù)合膜。將銅箔負(fù)載氧化石墨烯復(fù)合膜取出，進(jìn)行高溫還原處理。高溫還原處理的方法是將銅箔負(fù)載氧化石墨烯復(fù)合膜置于管式爐中，通入氮?dú)?，還原溫度為1050°C，時(shí)間為
0.5h，獲得銅箔負(fù)載石墨烯復(fù)合膜。最后將石墨烯膜從銅箔表面揭下，獲得高性能的石墨烯膜。通過上述方法可制備Iym厚的石墨烯薄膜，其導(dǎo)熱率高達(dá)979.2W/m.K，拉伸強(qiáng)度為63.5Mpa，彈性模量在7.9Gpa。
[0070]實(shí)施例8
[0071]稱取2g 氧化石墨烯，通過機(jī)械攪拌均勻分散在IL去離子水中，獲得質(zhì)量溶度為2g/L的氧化石墨烯的懸浮液,其中機(jī)械攪拌的速率為250r/min,攪拌時(shí)間為2.5h。向氧化石墨烯的懸浮液中加入200mg羧甲基纖維素得到混合物，將混合物置于100°C的烘箱中l(wèi)Omin，使得羧甲基纖維素溶解。將厚度為150 μ m的銅箔置于超聲波清洗器中用清水清洗，然后用乙醇浸泡60min，取出放置于鼓風(fēng)干燥箱中于75°C下鼓風(fēng)干燥1.5h。利用刮涂器將經(jīng)過保護(hù)處理的混合物涂覆到潔凈、干燥的銅箔表面，將涂覆有混合物的銅箔置于30°C的鼓風(fēng)烘箱中干燥5h，獲得銅箔負(fù)載氧化石墨烯復(fù)合膜。將銅箔負(fù)載氧化石墨烯復(fù)合膜取出，進(jìn)行高溫還原處理。高溫還原處理的方法是將銅箔負(fù)載氧化石墨烯復(fù)合膜置于管式爐中，通入氮?dú)?，還原溫度為800°C，時(shí)間為lh，獲得銅箔負(fù)載石墨烯復(fù)合膜。最后將石墨烯膜從銅箔表面揭下，獲得高性能的石墨烯膜。通過上述方法可制備2μπι厚的石墨烯薄膜，其導(dǎo)熱率高達(dá)903.1ff/m.K，拉伸強(qiáng)度為35.2Mpa，彈性模量在4.2Gpa。
[0072]以上所述實(shí)施例僅表達(dá)了本發(fā)明的幾種實(shí)施方式，其描述較為具體和詳細(xì)，但并不能因此而理解為對(duì)本發(fā)明專利范圍的限制。應(yīng)當(dāng)指出的是，對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)，這些都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。因此，本發(fā)明專利的保護(hù)范圍應(yīng)以所附權(quán)利要求為準(zhǔn)。
【權(quán)利要求】
1.一種石墨烯薄膜的制備方法，包括如下步驟: 配制氧化石墨烯的懸浮液； 向所述氧化石墨烯的懸浮液中加入粘合劑得到混合物，對(duì)所述混合物進(jìn)行保溫處理；及 將經(jīng)過保溫處理的所述混合物涂覆于襯底上，并進(jìn)行干燥得到襯底負(fù)載氧化石墨烯復(fù)合膜，然后將所述襯底負(fù)載氧化石墨烯復(fù)合膜進(jìn)行高溫退火處理，得到襯底負(fù)載石墨烯復(fù)合膜，分離所述襯底和石墨烯薄膜，得到所述石墨烯薄膜。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的石墨烯薄膜的制備方法，其特征在于，所述配制氧化石墨烯的懸浮液的步驟是將氧化石墨烯加入水中，采用機(jī)械攪拌或超聲分散使氧化石墨烯分散均勻，得到所述氧化石墨烯的懸浮液。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的石墨烯薄膜的制備方法，其特征在于，所述機(jī)械攪拌的速率為50r/min~500r/min，攪拌的時(shí)間為Ih~1h ;所述超聲分散是在功率為100W~1000W的超聲波下分散0.5h~5h。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的石墨烯薄膜的制備方法，其特征在于，所述氧化石墨烯的懸浮液中，氧化石墨烯的濃度為0.5g/L~5g/L。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的石墨烯薄膜的制備方法，其特征在于，所述粘合劑選自淀粉、糊精、聚乙烯醇及羧甲基纖維素中的至少一種。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的石墨烯薄膜的制備方法，其特征在于，所述粘合劑的質(zhì)量是所述氧化石墨烯的質(zhì)量的0.1 %~10%。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的石墨烯薄膜的制備方法，其特征在于，所述保溫處理的操作是于40°C~100°C下保溫1min~60min。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的石墨烯薄膜的制備方法，其特征在于，所述將經(jīng)過保溫處理的所述混合物涂覆于襯底上，并進(jìn)行干燥得到襯底負(fù)載氧化石墨烯復(fù)合膜的操作是采用刮涂法或熱蒸發(fā)法。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的石墨烯薄膜的制備方法，其特征在于，所述將所述襯底負(fù)載氧化石墨烯復(fù)合膜進(jìn)行高溫退火處理的操作是在保護(hù)氣體氛圍中，將所述襯底負(fù)載氧化石墨烯復(fù)合膜于500°C~1050°C下處理0.5h~5h。
10.一種由權(quán)利要求1~9所述的石墨烯薄膜的制備方法制備的石墨烯薄膜。
【文檔編號(hào)】C01B31/04GK104129780SQ201410348094
【公開日】2014年11月5日 申請(qǐng)日期:2014年7月21日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月21日
【發(fā)明者】孫蓉, 黃勝云, 符顯珠, 郭慧子 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院