石墨烯-纳米贵金属复合管的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种石墨烯‑纳米贵金属复合管的制备方法，包括：(1)取金属丝用稀硝酸浸泡后，置于无水乙醇中超声，然后烘干；(2)将烘干的金属丝放入化学气相沉积设备中在其表面生长石墨烯，得到石墨烯/金属丝复合结构；(3)在石墨烯/金属丝复合结构的石墨烯表面沉积纳米贵金属粒子包覆层；(4)将得到的复合结构放入刻蚀液中去除金属丝后，清洗烘干，获得石墨烯‑纳米贵金属复合管。本发明专利技术的制备方法具有操作简单易行，可重复性强，对环境无污染的特点。本发明专利技术提供的石墨烯‑纳米贵金属复合管具有优异的迁移率、机械强度、热导率和耐腐蚀性，适用于微电子、透明电极、有机光电器件、储能电池、多功能复合材料以及生物医学等诸多领域。

Method for preparing graphene nano noble metal composite pipe

The invention discloses a preparation method of graphene nano noble metal composite pipe comprises: (1) take the wire with dilute nitric acid after soaking in ethanol, ultrasonic, and then drying; (2) drying the metal wire into chemical vapor deposition equipment in graphene grown on the surface. Graphene / metal composite structure; (3) in graphene / graphene surface deposition of noble metal nanoparticles of metal wire composite coating; (4) the composite structure obtained in liquid metal wire into the etching removal, cleaning and drying, the graphene nano noble metal composite pipe. The preparation method of the invention has the advantages of simple and easy operation, strong repeatability and no pollution to the environment. Graphene nano noble metal composite pipe provided by the invention has excellent mobility, mechanical strength, thermal conductivity and corrosion resistance, suitable for microelectronics, transparent electrode, organic optoelectronic devices, storage battery, multifunctional composite materials and biomedical fields.

【技术实现步骤摘要】
石墨烯-纳米贵金属复合管的制备方法
本专利技术属于纳米材料
，具体涉及一种石墨烯-纳米金复合管的制备方法。
技术介绍
石墨烯是一种碳的二维同素异形体，自从2004年英国曼彻斯特大学的研究小组首次利用微机械剥离法成功获得了单层石墨烯之后，石墨烯获得了各国研究人员的广泛关注。虽然碳的其他同素异形体如碳纳米管、富勒烯等都和石墨烯相似均由sp2杂化碳原子组成，然而在迁移率、室温霍尔效应、狄拉克电子结构、透光性、机械强度和热导率等性质方面，这些同素异形体均不能和石墨烯媲美。正是因为这些诱人的特质，石墨烯在如微电子、透明电极、有机光电器件、储能电池、多功能复合材料以及生物医学等诸多领域具有广阔的应用前景。[具体可见文献：L.Guoetal.JPhysC,2012,116(5):3594.X.Wangetal.NanoLett,2008,8:323.K.K.Mangaetal.AdvMater,2012,24:1697.Y.Zhuetal.Carbon,2010,48:2118.Y.Wangetal.JPhysChemC,2011,115:23192.YWangetal.JAmChemSoc,2010,132:9274.]公开号CN102586869A公开了一种三维石墨烯管的制备方法，所述石墨烯管骨架材料是聚偏氟乙烯、聚乙二醇、聚甲基丙烯酸等有机材料，上述材料在增强了石墨烯管机械强度的同时，无疑也降低了石墨烯的导电性等重要参数。此外，有文献报道采用贵金属与纳米碳材料复合的方法可有效提升其导电性能。然而，目前尚未有以金属丝作为生长基底，在金属丝表面沉积制得石墨烯/金属丝复合结构，进而在石墨烯表面包覆贵金属纳米粒子，最终通过去除基底(金属丝)制备石墨烯-纳米贵金属复合管的相关报道。
技术实现思路
本专利技术的一个目的是解决至少上述问题和/或缺陷，并提供至少后面将说明的优点。为了实现根据本专利技术的这些目的和其它优点，提供了一种石墨烯-纳米贵金属复合管的制备方法，包括以下步骤：步骤一、取金属丝用稀硝酸浸泡去除表面杂质及钝化层后，置于无水乙醇中超声，然后烘干备用；步骤二、将烘干的金属丝作为生长基底，放入化学气相沉积设备中在其表面生长石墨烯，得到石墨烯/金属丝复合结构；步骤三、在石墨烯/金属丝复合结构的石墨烯表面沉积纳米贵金属粒子包覆层，形成贵金属包覆层/石墨烯/金属丝复合结构；步骤四、将贵金属包覆层/石墨烯/金属丝复合结构放入刻蚀液中去除金属丝后，用无水乙醇和去离子水对所得产物清洗后烘干，获得石墨烯-纳米贵金属复合管。优选的是，所述金属丝为铜丝或镍丝，所述金属丝的直径为10nm～1cm，长度为10nm～1m。优选的是，所述稀硝酸浓度为0.001～1mol/L，金属丝在稀硝酸中浸泡时间为1s～60min，在无水乙醇中超声时长为1～60min；所述烘干采用在鼓风干燥箱中，干燥处理温度为40～200℃，处理时间为0.1～36h。优选的是，所述步骤三中，在石墨烯/金属丝复合结构的石墨烯表面沉积纳米贵金属粒子包覆层的沉积方法为磁控溅射、热蒸镀、脉冲激光沉积、化学镀或电化学沉积方法中的任意一种；沉积纳米贵金属粒子包覆层的沉积速率为0.1nm/s～10μm/s，所述贵金属为金、铂、钯、钛、钌、铌中的任意一种或多种组合成的合金材料。优选的是，所述石墨烯-纳米贵金属复合管的直径为10nm～1cm，长度为10nm～1m。优选的是，所述步骤二中，在化学气相沉积设备中，金属丝表面生长石墨烯过程的反应气氛为氢气和惰性气体的混合气，在升温速度为5～30℃/min的前提下，加热至反应温度800～1500℃，恒温0～120min，导入碳源进行反应后，冷却至室温，获得石墨烯/金属丝复合结构；所述碳源为甲醇蒸汽、乙醇蒸汽、丙酮蒸汽、二甲苯蒸汽中的一种或多种的混合；所述碳源的流量为10～30sccm。优选的是，所述步骤四中，刻蚀液为高锰酸钾溶液和/或氯化铁溶液。优选的是，所述步骤二的过程替换为：将烘干的金属丝作为静电纺丝的旋转接收装置，将混合有氧化石墨烯的聚合物纺丝原液静电纺丝到旋转的金属丝上，同时将石墨烯分散液超声雾化于旋转的金属丝上，形成静电纺丝薄膜和石墨烯包覆的金属丝；所述步骤四中，在贵金属包覆层/石墨烯/金属丝复合结构放入刻蚀液中去除金属丝后，将其加入N,N-二甲基甲酰胺或甲苯中浸泡12h，然后用无水乙醇和去离子水对所得产物清洗后烘干，获得石墨烯-纳米贵金属复合管。优选的是，所述聚合物纺丝原液为聚乳酸溶液、聚丙烯酸甲酯溶液、聚酰亚胺溶液中的一种；所述聚合物纺丝原液的浓度为5～10wt％；所述氧化石墨烯与聚合物纺丝原液的质量比为1：50～100；所述氧化石墨烯与聚合物纺丝原液的混合过程为：将氧化石墨烯与聚合物纺丝原液混合，然后加入分散剂1-乙基-3-甲基氯化咪唑，在搅拌速度为500r/min条件下，将混合溶液加热到50℃，保持其反应24h，冷却至室温，得到混合有氧化石墨烯的聚合物纺丝原液；所述分散剂1-乙基-3-甲基氯化咪唑与氧化石墨烯的重量比为1:5～10；所述石墨烯分散液包括以下重量份的原料：石墨烯10～15份、1-乙基-3-甲基咪唑乳酸1～3份、环己酮30～50份、N-环己基吡咯烷酮30～50份、丙二醇丁醚醋酸酯30～50份。优选的是，所述静电纺丝方法为：将混合有氧化石墨烯的聚合物纺丝原液注入带不锈钢喷头的喷射容器内，然后用高压电源将电压施加在不锈钢喷头上，并利用与喷射容器连接的推进泵将喷射容器内的聚合物纺丝原液通过不锈钢喷头喷射至旋转的金属丝接收装置上，所述静电纺丝的喷射条件为：环境温度为40～80℃、高压电源的输出电压为15～25kv、金属丝与不锈钢喷头之间距离为10～15cm、流速为5～12mL/h、金属丝接收装置的旋转速度为50～500r/min；所述石墨烯分散液超声雾化的功率为80W，频率为2.5MHz，雾化率为2～10mL/min，超声雾化的喷出口与金属丝的距离为5～15cm。。本专利技术至少包括以下有益效果：本专利技术的制备方法具有操作简单易行，可重复性强，对环境无污染的特点。本专利技术提供的石墨烯-纳米贵金属复合管具有优异的迁移率、机械强度、热导率和耐腐蚀性，适用于微电子、透明电极、有机光电器件、储能电池、多功能复合材料以及生物医学等诸多领域。本专利技术的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本专利技术的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。附图说明：图1为本专利技术实施例1中制备的贵金属包覆层/石墨烯/铜丝复合结构的扫描电镜照片(a)和对应位置的EDS成分面扫结果，分别是碳(b)、铜(c)和金(d)；图2为本专利技术实施例1中制备的贵金属包覆层/石墨烯/铜丝复合结构的EDS面总谱图；图3为本专利技术实施例1中制备的石墨烯-纳米贵金属复合管的光学显微镜截面图。具体实施方式：下面结合附图对本专利技术做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不配出一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。、实施例1：一种石墨烯-纳米贵金属复合管的制备方法，包括以下步骤：步骤一、取直径15μm、长度5cm的铜丝用0.1mol/L的稀硝酸浸泡2min去除表面杂质及钝化层后，置于无水乙本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种石墨烯‑纳米贵金属复合管的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一、取金属丝用稀硝酸浸泡去除表面杂质及钝化层后，置于无水乙醇中超声，然后烘干备用；步骤二、将烘干的金属丝作为生长基底，放入化学气相沉积设备中在其表面生长石墨烯，得到石墨烯/金属丝复合结构；步骤三、在石墨烯/金属丝复合结构的石墨烯表面沉积纳米贵金属粒子包覆层，形成贵金属包覆层/石墨烯/金属丝复合结构；步骤四、将贵金属包覆层/石墨烯/金属丝复合结构放入刻蚀液中去除金属丝后，用无水乙醇和去离子水对所得产物清洗后烘干，获得石墨烯‑纳米贵金属复合管。

【技术特征摘要】
1.一种石墨烯-纳米贵金属复合管的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一、取金属丝用稀硝酸浸泡去除表面杂质及钝化层后，置于无水乙醇中超声，然后烘干备用；步骤二、将烘干的金属丝作为生长基底，放入化学气相沉积设备中在其表面生长石墨烯，得到石墨烯/金属丝复合结构；步骤三、在石墨烯/金属丝复合结构的石墨烯表面沉积纳米贵金属粒子包覆层，形成贵金属包覆层/石墨烯/金属丝复合结构；步骤四、将贵金属包覆层/石墨烯/金属丝复合结构放入刻蚀液中去除金属丝后，用无水乙醇和去离子水对所得产物清洗后烘干，获得石墨烯-纳米贵金属复合管。2.如权利要求1所述的石墨烯-纳米贵金属复合管的制备方法，其特征在于，所述金属丝为铜丝或镍丝，所述金属丝的直径为10nm～1cm，长度为10nm～1m。3.如权利要求1所述的石墨烯-纳米贵金属复合管的制备方法，其特征在于，所述稀硝酸浓度为0.001～1mol/L，金属丝在稀硝酸中浸泡时间为1s～60min，在无水乙醇中超声时长为1～60min；所述烘干采用在鼓风干燥箱中，干燥处理温度为40～200℃，处理时间为0.1～36h。4.如权利要求1所述的石墨烯-纳米贵金属复合管的制备方法，其特征在于，所述步骤三中，在石墨烯/金属丝复合结构的石墨烯表面沉积纳米贵金属粒子包覆层的沉积方法为磁控溅射、热蒸镀、脉冲激光沉积、化学镀或电化学沉积方法中的任意一种；沉积纳米贵金属粒子包覆层的沉积速率为0.1nm/s～10μm/s，所述贵金属为金、铂、钯、钛、钌、铌中的任意一种或多种组合成的合金材料。5.如权利要求1所述的石墨烯-纳米贵金属复合管的制备方法，其特征在于，所述石墨烯-纳米贵金属复合管的直径为10nm～1cm，长度为10nm～1m。6.如权利要求1所述的石墨烯-纳米贵金属复合管的制备方法，其特征在于，所述步骤二中，在化学气相沉积设备中，金属丝表面生长石墨烯过程的反应气氛为氢气和惰性气体的混合气，在升温速度为5～30℃/min的前提下，加热至反应温度800～1500℃，恒温0～120min，导入碳源进行反应后，冷却至室温，获得石墨烯/金属丝复合结构；所述碳源为甲醇蒸汽、乙醇蒸汽、丙酮蒸汽、二甲苯蒸汽中的一种或多种的混合；所述碳源的流量为10～30sccm。7.如权利要求1所述的石墨烯-纳米贵金属复合管...

【专利技术属性】
技术研发人员：米睿，付志兵，王朝阳，黄维，钟铭龙，刘淼，李昊，袁磊，杨曦，赵海波，
申请(专利权)人：中国工程物理研究院激光聚变研究中心，
类型：发明
国别省市：四川,51