一种导电性石墨烯薄膜材料的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种导电性石墨烯薄膜材料，采用“定向流动组装法”原理，真空抽滤使氧化石墨烯片定向流动组装，制得氧化石墨烯薄膜，再通过热处理进行脱氧再石墨化，从而得到良好导电率和比电容值的石墨烯薄膜，在导电和电化学应用方面具有良好性能。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及导电柔性电子器件领域，特别涉及一种高导电性石墨烯薄膜材料的制备方法。
技术介绍
石墨烯具有优异的导电性、机械性能，以及非常大的比表面积，因此石墨烯在太阳能电池、蓄电池、燃料电池、超级电容器等能源领域具有广泛的应用前景。[参见：Novoselov K S, Jiang Z, Zhang Y, Morozov S V, Stormer H L, Zeitler U, Maan J C, Boebinger G S, Kim P, Geim A K. Room-temperature quantum hall effect in graphene[J]. Science,2007,315(5817):1379.]石墨烯薄膜是石墨烯研究的热点之一，石墨烯薄膜通常基于氧化石墨烯薄膜而获得。石墨烯薄膜材料的应用也非常广泛，例如可以用于制造可弯曲的能量存储装置例如便携式电子器件，其中包括可卷曲的显示屏、电子纸、可拉伸的电路，以及可以穿在身上的多媒体、计算机或者医疗器件等。石墨烯是一种二维碳原子结构，仅仅为单层的原子厚度，并且由于石墨烯碳原子层内 π-π 堆积作用，以及范德华力作用，使得石墨烯成膜性良好。因此大量制备薄膜状的石墨烯在当今纳米技术和纳米材料科学领域占有非常重要的地位。为了得到独立的，不需要基底，可弯曲的石墨烯薄膜，人们采用最为简单的化学剥离法，然后通过真空抽虑或者溶液铸造的方法而得到。Dikin 等通过真空抽虑的方法制备了氧化石墨烯薄膜，证明这种方法制备的氧化石墨烯薄膜具有良好的柔韧性和机械强度[参见：Dikin D A, Stankovich S, Zimney E J, et al. Preparation and characterization of graphene oxide paper[J].Nature, 2007, 448(7152):457-460]。通过真空抽虑的方法制备了石墨烯薄膜，并将其应用于双电层超级电容器中，证明其比普通的石墨材料具有更好的特性。因此，越来越多的人采用抽虑法和溶液铸造法来制备石墨烯薄膜，并将其应用于超级电容器领域。
技术实现思路
本专利技术的目的是制得一种透明导电柔性石墨烯薄膜材料，按以下方法制得：步骤一：将天然石墨通过改进的Hummers方法制得氧化石墨溶液；步骤二：将步骤一中得到的氧化石墨溶液超声剥离制得氧化石墨烯溶液；步骤三：取部分氧化石墨烯溶液离心处理，取上层清液真空抽滤，过滤后将薄膜和滤膜置于烘箱中烘干干燥，制得氧化石墨烯薄膜；步骤四：将步骤三中的氧化石墨烯薄膜充分浸泡于丙酮溶液中除去微孔滤膜；步骤五：为了进一步提高石墨烯薄膜的导电率，将石墨烯薄膜炭化处理；本专利技术具有的优点：在所述的导电性石墨烯薄膜材料中，采用“定向流动组装法”原理，使氧化石墨烯片定向流动组装，同时采用真空抽滤这种简易装置，大面积，大量制备出高质量的氧化石墨烯薄膜，再通过高温热处理进行脱氧再石墨化，从而得到良好的导电率和比电容。附图说明图1为本专利技术制备导电性石墨烯薄膜的方法流程示意图；图2为本专利技术制备导电性氧化石墨烯薄膜的宏观照片，图3为本专利技术制备导电性石墨烯薄膜的宏观照片；图4为本专利技术制备不同温度下炭化后的导电性石墨烯薄膜的扫描电子显微镜照片；图5为不同扫描速率石墨烯薄膜电极的电容衰减。具体实施方式实施例1第一步，将质量分数大于98%的5g石墨粉通过改进的Hummers方法制备氧化石墨溶液；第二步，将浓度为0.2mg/ml的氧化石墨溶液超声0.5h，取部分溶液以5000r/min，速度离心5min，除去多余的未分散的石墨烯，取上层滤液待用；第三步，配制步骤二中的氧化石墨烯胶状悬浮液的浓度为0.1mg/ml；第四步，用纤维素薄膜（孔径：0.22um）作为滤膜，取步骤三中的滤液15ml，通过真空过滤通过该滤膜，然后在40℃下烘干24h。最后用丙酮清洗溶解附有氧化石墨烯的纤维素滤膜，即得到氧化石墨烯的薄膜；第五步，取出完整的氧化石墨烯薄膜，在惰性气氛下800℃炭化1h，进行脱氧处理，从而大大提高该薄膜的导电性；制备的石墨烯薄膜电镜图如图4（a, b）所示，由原料天然石墨的较大尺寸的鳞片状结构通过改进的Hummers法打碎并氧化，溶液自组装化，高温炭化，从而剥离形成较大面积的片层物，而且结构连续完整，由于自主装时分子之间的氢键作用力较强，层与层之间结合紧密，以致逐层组装形成比较有序的结构。通过四探针测试其导电率可以达到105s/cm。实施例2操作方法与实例1相同，不同之处在于第五步中炭化炉升温至1000℃，即反应温度为1000℃。石墨烯薄膜的电镜图如图 4(c, d)所示，其表面形成致密的褶皱，在表面覆盖细小的碳颗粒，剥离形成较大面积的多层石墨烯片层物的堆叠，层与层之间结合紧密，连续完整。通过四探针测试其导电率可以达到118s/cm。实施例3操作方法与实例1相同，不同之处在于第五步中炭化炉升温至1200℃，即反应温度为1200℃。石墨烯薄膜的电镜图如图 4（e, f）所示，剥离出单层石墨烯片层物，而且结构连续完整,表面生长出一些类似气泡状的碳颗粒。通过四探针测试其导电率可以达到124s/cm。实施例4操作方法与实例1相同，不同之处在于第五步中炭化炉升温至1300℃，即反应温度为1300℃。石墨烯薄膜的电镜图如图4（g，h）所示，表面具有孔洞，类似金属刻蚀。表面覆有球状，立方体的颗粒。随炭化温度的逐步提高，通过四探针测试其导电率可以达到196s/cm。实施例5操作方法与实例1相同，不同之处在于第三步中氧化石墨烯胶状悬浮液的浓度增加为0.2mg/ml，即反应浓度为0.2mg/ml。石墨烯薄膜的电镜图呈清晰的片状结构，而且结构完整连续，剥离形成较大面积的多层堆叠的石墨烯片层物，随氧化石墨烯浓度的提高，通过四探针测试其导电率可以达到137s/cm，比较实施例1中导电率105s/cm有明显提高。实施例6操作方法与实例1相同，不同之处在于第五步中炭化时间增加为2h，即炭化保温2h。石墨烯薄膜的电镜图呈较大面积的多层堆叠的石墨烯片层物，表面有大量褶皱，但是结构完整连续，随着炭化反应时间的提高，通过四探针测试其导电率可以达到130s/cm，比较实施例1中导电率105s/cm有明显提高。以上已对本专利技术的较佳实施例进行了具体说明，但本专利技术并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本专利技术精神的前提下还可作出种种的等同的变型或替换，这些等同的变型或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种石墨烯薄膜材料，其特征在于：该材料在导电和电化学应用方面具有良好的性能。

【技术特征摘要】
1.一种石墨烯薄膜材料，其特征在于：该材料在导电和电化学应用方面具有良好的性能。2.如权利要求1所述的石墨烯薄膜材料的制备方法，其特征在于：该方法操作简便，通过真空抽滤法能制的完整的氧化石墨烯薄膜，再通过高温炭化不仅保证完整性还使该材料的导电率和比容量值提高。3.一种导电性的石墨烯薄膜材料，其特征在于包括以下步骤：步骤一：将天然石墨通过改进的Hummers方法制得氧化石墨溶液；步骤二：将步骤一中得到的氧化石墨溶液超声剥离制得氧化石墨烯溶液；步骤三：取部分氧化石墨烯溶液离心处理，取上层清液真空抽滤，过滤后将薄膜和滤膜置于烘箱中烘干干燥，制得氧化石墨烯薄膜；步骤四：将步骤三中的氧化石墨烯薄膜充分浸泡于丙...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈晓红，陈静，徐乐乐，宋怀河，
申请(专利权)人：北京化工大学，
类型：发明
国别省市：北京;11