本發(fā)明涉及新型彈性石墨烯膜材料及其制備方法，尤其涉及一種高彈性石墨烯膜。

背景技術(shù)：

2010年，英國曼徹斯特大學(xué)的兩位教授Andre GeiM和Konstantin Novoselov因為首次成功分離出穩(wěn)定的石墨烯獲得諾貝爾物理學(xué)獎，掀起了全世界對石墨烯研究的熱潮。石墨烯有優(yōu)異的電學(xué)性能(室溫下電子遷移率可達(dá)2×10⁵cM²/Vs)，突出的導(dǎo)熱性能(5000W/mK)，超常的比表面積(2630M²/g)，其楊氏模量(1100GPa)和斷裂強(qiáng)度(125GPa)。石墨烯優(yōu)異的導(dǎo)電導(dǎo)熱性能完全超過金屬，同時石墨烯具有耐高溫耐腐蝕的優(yōu)點，而其良好的機(jī)械性能和較低的密度更讓其具備了在電熱材料領(lǐng)域取代金屬的潛力。

宏觀組裝氧化石墨烯膜是納米級石墨烯的一個重要應(yīng)用形式，常用的制備方法是抽濾法、刮膜法、旋涂法、噴涂法和浸涂法等。

然而，目前所制備的石墨烯膜不具有高拉伸高褶皺，不能在高褶皺器件方面得到應(yīng)用。16年石高全教授用宏觀模板組裝的方法在石墨烯膜表面創(chuàng)造了很多的巨大褶皺，做到了石墨烯膜的高褶皺拉伸，但是其需要彈性基底，操作比較麻煩，而且膜結(jié)構(gòu)設(shè)計的不足使得其柔性尚不明確，限制了其在柔性器件方面的應(yīng)用。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種高彈性石墨烯膜。

本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的：一種高彈性石墨烯膜，通過以下方法制備得到:

(1)在100重量份的濃度為1～2mg/mL的氧化石墨烯溶液中加入20-100重量份的有機(jī)沉淀劑；超聲分散后，倒在模具板上，在空氣相對濕度50-80％下自然晾干成氧化石墨烯膜，使得絕大部分(>90wt％)溶劑揮發(fā)，然后在高溫下(60-100℃)下除去剩余溶劑；

(2)將步驟1處理后的氧化石墨烯薄膜在氫碘酸溶液中還原。

(3)還原后的石墨烯膜置于乙醇中浸泡，以洗去表面氫碘酸，然后自然晾干，得到石墨烯彈性薄膜。

進(jìn)一步的，所述溶劑為丙酮，四氫呋喃，乙醇，乙二醇，水，DMF,NMP；所述有機(jī)沉淀劑為甲醇，乙酸乙酯,正己烷，乙醚，石油醚。

進(jìn)一步的，所述步驟2中的的氫碘酸水溶液HI含量為15—35wt％，還原溫度為70—100攝氏度，還原時間為4-8h。

本發(fā)明的有益效果在于：本發(fā)明通過加入有機(jī)沉淀劑，使得氧化石墨烯片形成褶皺；在干燥過程中，沉淀劑在高溫下?lián)]發(fā)，薄膜收縮，形成宏觀褶皺；經(jīng)過化學(xué)還原后，并且每層膜都有起伏的球狀褶皺構(gòu)成，切其內(nèi)部每片石墨烯都可呈現(xiàn)褶皺結(jié)構(gòu)，使得其可以在水平方向上都具有極高的水平拉伸彈性以及柔性。

其該高柔性石墨烯導(dǎo)熱膜可耐反復(fù)彎折10萬次以上，水平彈性斷裂伸長率為10-30％，導(dǎo)電率為600-1000S/cm，可用作高彈導(dǎo)電器件。

附圖說明

圖1為彈性石墨烯膜的表面圖。

圖2為彈性石墨烯膜的拉伸曲線。

圖3為彈性石墨烯膜的截面掃面電鏡。

圖4為本發(fā)明的石墨烯膜的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式

如圖1和4所示，所述高彈性石墨烯膜由具有微觀尺度褶皺的宏觀多層褶皺石墨烯通過物理交聯(lián)組成；宏觀尺度上，薄膜由很多宏觀褶皺構(gòu)成。使得其可以在水平方向上都具有極高的水平拉伸彈性以及柔性。

下面結(jié)合附圖及實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的描述。本實施例只用于對本發(fā)明做進(jìn)一步的說明，不能理解為對本發(fā)明保護(hù)范圍的限制，本領(lǐng)域的技術(shù)人員根據(jù)上述發(fā)明的內(nèi)容做出一些非本質(zhì)的改變和調(diào)整，均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。

實施例1

一種高彈性石墨烯膜，通過以下方法制備得到:

(1)在100重量份的濃度為1mg/mL的氧化石墨烯水溶液中加入20重量份的乙酸乙酯；超聲分散后，倒在模具板上，在空氣相對濕度70％下自然晾干成氧化石墨烯膜，使得絕大部分(>90wt％)溶劑揮發(fā)，然后在60℃下除去剩余溶劑；

(2)將步驟1處理后的氧化石墨烯薄膜在氫碘酸溶液中還原。氫碘酸溶液的HI含量如表1所示，還原溫度為70攝氏度，還原時間為8h。

(3)還原后的石墨烯膜置于乙醇中浸泡，以洗去表面氫碘酸，然后自然晾干，得到石墨烯彈性薄膜。

表1：不同氫碘酸濃度下產(chǎn)物的性能

從上表可以看出，在低濃度氫碘酸下(15％)，氧化石墨烯膜交聯(lián)力度不夠，不足以使得石墨烯薄膜形成連續(xù)的孔狀結(jié)構(gòu)，因此沒有拉伸以及壓縮彈性；隨著氫碘酸濃度的提高，其孔狀結(jié)構(gòu)成型，而且孔徑越來越大，褶皺面密度越來越高，因此其拉伸壓縮性能逐步提高；在氫碘酸超過37％以后，其性能反而有所下降，可歸結(jié)為過高的氫碘酸濃度使得表面還原過渡影響了氫碘酸進(jìn)入氧化石墨烯膜內(nèi)部，使得膜材料不均勻，進(jìn)而損傷性能。

實施例2

一種高彈性石墨烯膜，通過以下方法制備得到:

(1)在100重量份的濃度為2mg/mL的氧化石墨烯乙醇溶液中加入100重量份的石油醚；超聲分散后，倒在模具板上，在空氣相對濕度80％下自然晾干成氧化石墨烯膜，使得絕大部分(>90wt％)溶劑揮發(fā)，然后在100℃下除去剩余溶劑；

(2)將步驟1處理后的氧化石墨烯薄膜在氫碘酸溶液中還原。氫碘酸水溶液HI含量為20wt％，還原溫度為100攝氏度，還原時間為4h。

(3)還原后的石墨烯膜置于乙醇中浸泡，以洗去表面氫碘酸，然后自然晾干，得到石墨烯彈性薄膜。

如圖1、3、4所示，所述高彈性石墨烯膜由多層石墨烯膜交聯(lián)而成，所述石墨烯膜表由具有微觀尺度褶皺的宏觀多層褶皺石墨烯通過物理交聯(lián)組成；宏觀尺度上，薄膜由很多宏觀褶皺構(gòu)成。使得其可以在水平方向上都具有極高的水平拉伸彈性以及柔性。圖2為彈性石墨烯膜的拉伸曲線，其彈性斷裂伸長率為20％，此外，此高柔性石墨烯導(dǎo)熱膜可耐反復(fù)彎折10萬次以上，導(dǎo)電率為964S/cm，可用作高彈柔性導(dǎo)電器件。

實施例3

一種高彈性石墨烯膜，通過以下方法制備得到:

(1)在100重量份的濃度為1.8mg/mL的氧化石墨烯DMF溶液中加入40重量份的乙酸乙酯；超聲分散后，倒在模具板上，在空氣相對濕度50％下自然晾干成氧化石墨烯膜，使得絕大部分(>90wt％)溶劑揮發(fā)，然后在80℃下除去剩余溶劑；

(2)將步驟1處理后的氧化石墨烯薄膜在氫碘酸溶液中還原。氫碘酸水溶液HI含量為20wt％，還原溫度為100攝氏度，還原時間為4h。

(3)還原后的石墨烯膜置于乙醇中浸泡，以洗去表面氫碘酸，然后自然晾干，得到石墨烯彈性薄膜。

此高柔性石墨烯導(dǎo)熱膜可耐反復(fù)彎折10萬次以上，彈性斷裂伸長率為38％，導(dǎo)電率為852S/cm，可用作高彈柔性導(dǎo)電器件。