一種石墨烯和納米線的復(fù)合材料及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種石墨烯和納米線的復(fù)合材料，包括基底，其特點(diǎn)在于，由內(nèi)向外，在基底的表面至少包括一層納米線，并且最外層為石墨烯。本發(fā)明采用納米線搭橋可以在不影響石墨烯透光性的情況下，很好的解決石墨烯轉(zhuǎn)移中出現(xiàn)的缺陷問題，大大的降低石墨烯的方阻；該復(fù)合材料在高溫，UV光照射均不會出現(xiàn)方阻衰減的問題，也可以克服石墨烯摻雜后長期暴露在空氣中而使方阻衰減的問題。
【專利說明】一種石墨烯和納米線的復(fù)合材料及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于納米材料領(lǐng)域，具體涉及一種石墨烯和納米線的復(fù)合材料及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]石墨烯是碳原子按六角結(jié)構(gòu)緊密堆積成的單原子層二維晶體，除了具有優(yōu)異的光學(xué)、熱學(xué)、力學(xué)等特性，石墨烯的載流子表現(xiàn)出類似于光子的行為，本征遷移率可達(dá)到2X IO5 cm2/(V.S) (J.Appl.Phys.2011, 109, 093702.)，這種優(yōu)異的電學(xué)性質(zhì)使其在高頻電子器件中有著巨大的應(yīng)用價(jià)值。為了實(shí)現(xiàn)其潛在應(yīng)用，首要的問題是如何解決化學(xué)氣相沉積法生長的石墨烯轉(zhuǎn)移中出現(xiàn)的缺陷，這種缺陷主要為轉(zhuǎn)移過程中造成石墨烯的方阻較高，影響石墨烯的應(yīng)用。目前解決石墨烯轉(zhuǎn)移中出現(xiàn)的缺陷常見方法，有兩種，一種是通過多次轉(zhuǎn)移的方法解決轉(zhuǎn)移一次石墨烯帶來的缺陷，但是，轉(zhuǎn)移的石墨烯層數(shù)越多，透光率就越低，嚴(yán)重影響石墨烯的應(yīng)用效果；第二種通過對石墨烯進(jìn)行摻雜降低轉(zhuǎn)移后石墨烯方阻較高的缺陷，這種方法雖然能大幅度的降低石墨烯的方阻，但是摻雜效果不穩(wěn)定，如高溫，UV光照射，或摻雜時(shí)間過長，摻雜劑可能會發(fā)生團(tuán)聚，分解，或與空氣中的氧，水蒸汽等反應(yīng)等而使方阻衰減，耐候性差。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有石墨烯轉(zhuǎn)移中出現(xiàn)的問題，提供一種石墨烯和納米線的復(fù)合材料及其制備方法。
[0004]本發(fā)明實(shí)現(xiàn)上述目的所采用的技術(shù)方案如下:
一種石墨烯和納米線的復(fù)合材料，包括基底，其特點(diǎn)在于，由內(nèi)向外，在基底的表面至少包括一層納米線，并且最外層為石墨烯。
[0005]進(jìn)一步，石墨烯與納米線交替層疊。
[0006]進(jìn)一步，由內(nèi)向外，在基底的表面依次為納米線和石墨??；或者依次為石墨稀、納米線和石墨烯；或者依次為納米線、石墨烯、納米線和石墨烯。
[0007]進(jìn)一步，所述納米線為導(dǎo)體納米線或半導(dǎo)體納米線。
[0008]進(jìn)一步，所述導(dǎo)體納米線包括銅、銀、鈷、金、鎳、鋅、鐵、鉛、鋁、鉬、釕、鑰、鈮、銥、鈀、鈦、鎬、鎢、釩、鉍和碳中的至少一種；所述的半導(dǎo)體納米線包括鑰酸鉀、鑰酸鈉、氧化鈦、氧化鋅、氧化鉭、氧化鑰、娃、磷化銦、氮化鎵、氧化亞銅、氧化銅、碳化娃、氮化招、砷化鎵、砷化銦、fL酸鋰、鈦酸鉛、硒、鈷酸鎳、硫化鋅、氧化秘、氧化鈷、氧化猛、氧化鎵、硫化銀、硫化鎘、硫化銅、硫化亞銅、氧化銦、硫化銦、氧化錫、締化秘、締化鎘、硫化猛、氧化鶴、締化秘、氧化釩、氧化鐵、硒化鎘、氧化鍺、氧化銦、氮化銦、硒化銅和硒化亞銅中的至少一種。
[0009]進(jìn)一步,所述納米線的直徑為10 nm-800 nm。
[0010]進(jìn)一步，所述納米線的長度為10 nm-1000 μ m0
[0011]進(jìn)一步，所述基底為聚苯二甲酸乙二醇酯、聚碳酸酯、聚氯乙烯、聚乙烯、PEN (聚萘二甲酸乙二醇酯)、玻璃或硅片。
[0012]上述石墨稀和納米線的復(fù)合材料的制備方法，包括向基底表面轉(zhuǎn)移石墨稀和涂布納米線，其特點(diǎn)在于，包括如下步驟:
(I)至少向基底表面涂布一層納米線；
并且(2)使最外層為石墨烯。
[0013]進(jìn)一步，向基底表面依次涂布納米線和轉(zhuǎn)移石墨?。?br> 或者依次轉(zhuǎn)移石墨烯、涂布納米線和轉(zhuǎn)移石墨烯；
或者依次涂布納米線、轉(zhuǎn)移石墨烯、涂布納米線和轉(zhuǎn)移石墨烯。
[0014]石墨烯的轉(zhuǎn)移可以采用PMMA轉(zhuǎn)移法、PDMS轉(zhuǎn)移法、熱釋放膠帶轉(zhuǎn)移法、靜電膜轉(zhuǎn)移法等。
[0015]納米線的涂布有浸泡、刮涂、旋涂、噴涂、輥涂、狹縫涂布、納米壓印、打印、轉(zhuǎn)印、絲網(wǎng)印刷和微凹印刷等。
[0016]將納米線用水、乙醇、異丙醇、氮甲基吡咯烷酮或水性樹脂配制成濃度為1-1OOmg/HiL的涂布液。
[0017]涂布后，需要對納米線進(jìn)行干燥，除自然干燥以外，還可以通過烘烤加速納米線的干燥過程，烘烤溫度為50-300°C，烘烤時(shí)間為1-200 min。
[0018]本發(fā)明采用石墨烯與納米線的復(fù)合的方法，利用納米線搭橋可以在不影響石墨烯透光性的情況下，很好的解決石墨烯轉(zhuǎn)移中出現(xiàn)的缺陷問題，大大的降低石墨烯的方阻；另夕卜，該納米線與石墨烯的復(fù)合方法效果較好，高溫，UV光照射，或摻雜時(shí)間過長均不會出現(xiàn)方阻衰減的問題。采用本發(fā)明的層疊結(jié)構(gòu)可以解決摻雜劑或納米線等材料暴露在空氣中，與空氣中的氧，硫，水蒸汽等反應(yīng)而使方阻衰減的問題。所以，采用本發(fā)明可以在基底上，特別是柔性基底上開發(fā)出可見光透光率高，方阻小，霧度低，表面平坦的導(dǎo)電薄膜，穩(wěn)定性能好的導(dǎo)電薄膜，在觸摸屏，柔性顯示器，電子書，抗靜電膜，電磁屏蔽，太陽能電池等領(lǐng)域具有巨大的應(yīng)用價(jià)值。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]附圖用來提供對本發(fā)明的進(jìn)一步理解，并且構(gòu)成說明書的一部分，并不構(gòu)成對本發(fā)明的限制。
[0020]圖1為本發(fā)明實(shí)施例1制備流程示意圖；
圖2為本發(fā)明實(shí)施例3制備流程不意圖，其中，1-石墨烯，2-生長基底,3-目標(biāo)基底，4-納米線。
【具體實(shí)施方式】
[0021]以下結(jié)合附圖對本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行說明，此處所描述的優(yōu)選實(shí)施例僅用于說明和解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0022]實(shí)施例1
一種石墨烯和銀納米線的復(fù)合材料，制備流程如圖1所示，具體過程如下:
(I)石墨烯的轉(zhuǎn)移(PDMS的方法轉(zhuǎn)移):用氣相沉積法在銅箔表面生長連續(xù)的石墨烯薄膜(該過程在現(xiàn)有技術(shù)中有非常多的介紹，在此不過多敘述)，將長有石墨烯的銅箔展平； 將PDMS膜貼附于生長在銅箔上的石墨烯層表面，然后放入鹽酸和雙氧水的混合溶液中，腐蝕掉生長襯底銅，放入去離子水中洗去石墨烯表面吸附的雜質(zhì)離子。從去離子水中取出，氮?dú)鈽尨等トルx子水，80°C烘烤IOmin除去石墨烯表面的水分子，得到PDMS/石墨烯，PDMS/石墨烯與PET (聚酯膜)貼合，90°C烘烤15 min,除去PDMS后得到PET/石墨烯；
(2)銀納米線的涂布(采用狹縫涂布的技術(shù)):將銀納米線(Ag-NW)異丙醇溶液，濃度:20mg/ml，直徑:20nm，長度:30 μ m，涂布在PET/石墨烯的表面(石墨烯側(cè))，80°C烘烤150min，得到 PET/ 石墨烯 /Ag-NW ；
最外層石墨烯的轉(zhuǎn)移:用PDMS的方法將石墨烯轉(zhuǎn)移到PET/石墨烯/Ag-NW上，得到結(jié)構(gòu)為PET/石墨烯/Ag-NW/石墨烯的復(fù)合材料。
[0023]所得到的復(fù)合材料的的方阻均值20.6 Ω /sq,透光率均值為87%，霧度均值0.9%,放置30天后，方阻均值20.6 Ω /sq,透光率均值87%，霧度均值0.9%。
[0024]對比:
采用上述相同的方法先在PET上轉(zhuǎn)移兩層石墨烯，然后在石墨烯上涂布一層銀納米線(條件同上)，得到PET/石墨烯/石墨烯/銀納米線，方阻均值22.5 Ω /sq,透光率均值87%，霧度均值0.9%，放置30天后，方阻均值100.7 Ω /sq,透光率均值86.6%，霧度均值1.1%。
[0025]可以看出，以石墨烯為最外層，可以明顯提高復(fù)合材料的耐候性，放置30天后，方阻基本沒有衰減，各項(xiàng)性能穩(wěn)定，而將銀納米線暴露在最外時(shí)，銀納米線容易與空氣中的硫
(S)產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，導(dǎo)致方阻明顯由22.5 Ω /sq衰減至100.7 Ω /sq,透光率降低，且霧度也有所增加。
[0026]實(shí)施例2
一種石墨烯與銅納米線的復(fù)合材料，制備流程如圖1所示，具體過程如下:
(1)石墨烯的轉(zhuǎn)移(PMMA的轉(zhuǎn)移方法，現(xiàn)有技術(shù)，不過多敘述):用氣相沉積法在銅箔表面生長連續(xù)的石墨烯薄膜，采PMMA的方法將石墨烯轉(zhuǎn)移到玻璃上；
(2)銅納米線的涂布(采用噴涂的技術(shù)):將銅納米線(Cu-NW)的水溶液(濃度:IOOmg/ml，直徑:100 nm，長度:100 μ m噴涂在玻璃/石墨烯的表面(石墨烯側(cè))，溫度300 °C烘烤5min ；
重復(fù)步驟(I),得到結(jié)構(gòu)為玻璃/石墨烯/Cu-NW/石墨烯的復(fù)合材料。
[0027]所得到的復(fù)合材料的方阻均值為55.2Q/Sq，透光率均值為86.8%，霧度均值為1.05%。放置30天后，方阻均值55.2 Ω /sq,透光率均值86.8%，霧度均值1.05%。
[0028]對比:
采用上述相同的方法先在玻璃上連續(xù)轉(zhuǎn)移兩層石墨烯，然后在石墨烯上噴涂一層銅納米線(條件同上)。得到PET/石墨烯/石墨烯/Cu-NW，方阻均值57.6 Ω /sq,透光率均值為86.5%，霧度1.07%。放置30天后，方阻均值121.5 Ω /sq,透光率均值85.6%，霧度均值
1.32%?？梢钥闯?，以石墨稀為最外層，可以明顯提聞復(fù)合材料的耐候性，而將銅納米線暴露在最外時(shí)，銅納米線容易與空氣中的二氧化碳水蒸氣等產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，導(dǎo)致性能變差。
[0029]實(shí)施例3
一種石墨烯與鉛納米線的復(fù)合材料，制備流程如圖2所示，具體過程如下:
(I)用轉(zhuǎn)印的方法將鉛納米線(Pb -NW)轉(zhuǎn)印到玻璃基底上:以玻璃為目標(biāo)基底，將鉛納米線(Pb -NW)的乙醇溶液(5mg/L，直徑:100nm，長度:50 μ m)，過濾，在濾膜上面形成均勻的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)。把覆蓋了鉛納米線層的濾膜作為轉(zhuǎn)印膜，壓緊在玻璃上，150°C烘烤55min，去掉濾膜，得到玻璃/Pb-NW;
(2)用PDMS轉(zhuǎn)移法(參考實(shí)施例1步驟I中PDMS法的轉(zhuǎn)移過程)將石墨烯轉(zhuǎn)移到玻璃/ Pb-NW，得到玻璃/ Pb-NW/石墨烯；
重復(fù)步驟(I)和(2)，得到玻璃/ Pb-NW/石墨烯/Pb-NW/石墨烯結(jié)構(gòu)的復(fù)合材料。
[0030]所得玻璃/ Pb-NW/石墨烯/Pb-NW/石墨烯復(fù)合材料的方阻均值為11.5 Ω /sq,透光率為85.8%，霧度1.2%。
[0031]對比
采用上述相同的方法在玻璃上得到結(jié)構(gòu)為玻璃/ Pb-NW/石墨烯復(fù)合材料。
[0032]所得玻璃/ Pb-NW/石墨烯復(fù)合材料的方阻均值為30.2Q/Sq，透光率均值為86.8%，霧度均值為1.02%?？梢钥闯?，增加交替層疊數(shù)量，能明顯降低材料的方阻。
[0033]實(shí)施例4
一種石墨烯與氧化鋅納米線的復(fù)合材料，制備流程如圖2所示，具體過程如下:
Cl)氧化鋅納米線(ZnO-NW)涂布(輥涂的方法)，將氧化鋅納米線(ZnO-NW)的溶液(5mg/L，直徑:100nm，長度:50μπι)輥涂到石英基底上，150°C烘烤55min，得到石英/ZnO-NW ；
(2)石墨烯轉(zhuǎn)移(用PMMA的方法):將石墨烯轉(zhuǎn)移到石英/ ZnO-NW，得到石英/ ZnO-NW/石墨烯；
重復(fù)步驟(I)和(2)，得到石英/ ZnO-NW/石墨烯/ ZnO-NW/石墨烯結(jié)構(gòu)的復(fù)合材料。
[0034]所得石英/ ZnO-NW/石墨烯/ ZnO-NW/石墨烯復(fù)合材料的方阻均值為20.6 Ω /sq,透光率均值為85.6%，霧度均值為1.24%。
[0035]對比
采用上述相同的方法先在石英上得到結(jié)構(gòu)為石英/ZnO-NW/石墨烯復(fù)合材料。
[0036]所得石英/ ZnO-NW/石墨烯復(fù)合材料的方阻均值為30.2Q/sq，透光率均值為86.8%，霧度均值為1.02%?？梢钥闯?，增加交替層疊數(shù)量，能明顯降低材料的方阻。
[0037]最后需要說明的是，以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，盡管參照前述實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說明，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，其依然可以對前述各實(shí)施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對其中部分技術(shù)特征進(jìn)行等同替換。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種石墨稀和納米線的復(fù)合材料，包括基底，其特特征在于，由內(nèi)向外，在基底的表面至少包括一層納米線，并且最外層為石墨烯。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述石墨烯和納米線的復(fù)合材料，其特特征在于，石墨烯與納米線交替層疊。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述石墨烯和納米線的復(fù)合材料，其特特征在于，由內(nèi)向外，在基底的表面依次為納米線和石墨??；或者依次為石墨稀、納米線和石墨稀；或者依次為納米線、石墨烯、納米線和石墨烯。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述石墨烯和納米線的復(fù)合材料，其特特征在于，所述納米線為導(dǎo)體納米線或半導(dǎo)體納米線。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述石墨烯和納米線的復(fù)合材料，其特特征在于，所述的導(dǎo)體納米線包括銅、銀、鈷、金、鎳、鋅、鐵、鉬、釕、鑰、銀、銥、鈕、鈦、鎬、鶴、銀、秘和碳中的至少一種；所述的半導(dǎo)體納米線包括鑰酸鉀、鑰酸鈉、氧化鈦、氧化鋅、氧化鉭、氧化鑰、硅、磷化銦、氮化鎵、氧化亞銅、氧化銅、碳化硅、氮化鋁、砷化鎵、砷化銦、釩酸鋰、鈦酸鉛、硒、鈷酸鎳、硫化鋅、氧化秘、氧化鈷、氧化猛、氧化鎵、硫化銀、硫化鎘、硫化銅、硫化亞銅、氧化銦、硫化銦、氧化錫、締化秘、締化鎘、硫化猛、氧化鶴、締化秘、氧化fL、氧化鐵、硒化鎘、氧化鍺、氧化銦、氮化銦、硒化銅和硒化亞銅中的至少一種。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述石墨烯和納米線的復(fù)合材料，其特特征在于，所述基底為聚苯二甲酸乙二醇酯、聚碳酸酯、聚氯乙烯、聚乙烯、聚萘二甲酸乙二醇酯、石英、玻璃或硅片。
7.權(quán)利要求1所述石墨烯和納米線的復(fù)合材料的制備方法，包括向基底表面轉(zhuǎn)移石墨烯和涂布納米線，其特征在于，包括: (O至少向基底表面涂布一層納米線； 并且(2)使最外層為石墨烯。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述石墨烯和納米線的復(fù)合材料的制備方法，其特征在于:向基底表面依次涂布納米線和轉(zhuǎn)移石墨烯；或者依次轉(zhuǎn)移石墨烯、涂布納米線和轉(zhuǎn)移石墨烯；或者依次涂布納米線、轉(zhuǎn)移石墨烯、涂布納米線和轉(zhuǎn)移石墨烯。
【文檔編號】B82Y30/00GK103794265SQ201410066169
【公開日】2014年5月14日 申請日期:2014年2月26日 優(yōu)先權(quán)日:2014年2月26日
【發(fā)明者】邱玉銳, 楊軍, 王煒, 譚化兵, 李慧峰 申請人:無錫格菲電子薄膜科技有限公司