一种增强氧化石墨烯膜的方法及一种高强石墨烯膜的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种增强氧化石墨烯膜的方法，是一种在现有膜的基础上，进行后续塑化加工的方法，该方法如下：将氧化石墨烯膜揭离后，放在非溶剂中浸泡，等膜溶胀后，对膜进行拉伸，并在拉伸状态下松弛一段时间，释放掉片层间的应力，之后保持拉伸状态干燥，最后经过化学还原得到强度极高的还原氧化石墨烯膜。本发明专利技术是一种对氧化石墨烯膜后处理的方法，过程简单可控，效率高，效果好，用于制备高强度高质量的石墨烯膜。

【技术实现步骤摘要】
一种增强氧化石墨烯膜的方法及一种高强石墨烯膜的制备方法
本专利技术涉及纳米材料领域，特别是一种增强氧化石墨烯膜的方法，属于在现有膜的基础上，进行后续溶剂塑化加工的方法。
技术介绍
2004年，英国曼彻斯特大学A.K.Geim教授课题组运用机械剥离法成功制备石墨烯，并将其悬挂于微型金架上，推翻了完美二维晶体结构无法在非绝对零度下稳定存在的这一论断。换言之，自由态的石墨烯在室温下可以稳定存在；而在相同条件下，其他任何己知材料都会被氧化或分解，甚至在相当于其单层厚度10倍时就变得不稳定。从结构上说，石墨烯(Graphene)是紧密堆积成二维蜂窝状晶格结构的sp2杂化单层碳原子晶体，层内碳原子以共价键的形式连接，具有超高的强度(120GPa)，因此以石墨烯作为源头材料构建特定结构的碳基材料，从而实现碳质功能材料纳米结构的设计和可控以及宏量地制备已经逐渐引起全球科学家的关注。但是由于纳米尺度在向宏观材料组装过程中，难免引入大量缺陷，导致单片的优异性质难以在宏观组装体中实现完美继承。例如薄膜材料，目前石墨烯的膜材料仍难以突破1GPa的大关。因此探寻如何能更精确地控制缺陷，提高组装的效率，得到高密度高强度的石墨烯膜，成为了一大难题。目前来看，现有的制备氧化石墨烯膜的方法主要有抽滤成膜法、直接铺膜法、凝胶铸膜法、连续纺膜法等方法，其中以直接铺膜法最为经济。直接铺膜是指，在基底上铺一层氧化石墨烯的水溶液，然后经过水溶液的挥发，氧化石墨烯便成膜，揭下来就是氧化石墨烯的自支撑体。但是这种方法制备的氧化石墨烯膜强度极低，难以在实际的应用中有所建树，亦诋毁石墨烯在人们眼中高强度的印象。而抽滤成膜、凝胶铸膜等虽然能在一定程度上增加石墨烯膜的强度，但是增加幅度有限，且效率极低，难以往工业界进行转化。我们的增强石墨烯膜的方法，是通过对已经成型的氧化石墨烯膜进行塑化加工，提高膜的取向度和密度，进而消除石墨烯膜中的缺陷，最终达到提高膜的强度。
技术实现思路
为了克服上述现有的技术缺陷，本专利技术的目的在于提供一种增强氧化石墨烯膜的方法和一种高强石墨烯膜的制备方法。本专利技术采用以下技术方案：一种增强氧化石墨烯膜的方法，包括如下过程：(1)将氧化石墨烯膜后，放在非溶剂中浸泡使其溶胀；(2)在非溶剂中，对溶胀后的膜进行拉伸，拉伸率为2～8％，然后施加外力以保持当前长度，释放掉片层间的应力，直到片层间的应力为0；(3)干燥后完成对氧化石墨烯膜的增强，干燥过程中，施加外力以保持当前长度。进一步地，所述步骤1中，非溶剂为乙醇、丙酮、异丙醇、乙酸、乙酸乙酯、甲醇等或其混合溶剂。进一步地，还通过对干燥后的氧化石墨烯膜进行化学还原，使其进一步增强。进一步地，化学还原所采用的试剂为氢碘酸、水合肼、抗坏血酸钠、氯化亚锡等。一种高强度石墨烯膜的制备方法，包括如下过程：(1)将氧化石墨烯溶液混匀除泡后，铺在基底上，溶剂挥发后，揭离得到氧化石墨烯膜。(2)将氧化石墨烯膜，放在非溶剂中浸泡使其溶胀；(3)对溶胀后的膜进行拉伸，拉伸率为2～8％，然后施加外力以保持当前长度，释放掉片层间的应力，直到片层间的应力为0；(4)干燥后经过化学还原得到高强度的还原氧化石墨烯膜，干燥过程中，施加外力以保持当前长度。进一步地，所述的基底为PET、PS、PTFE、玻璃、金属箔等。进一步地，所述氧化石墨烯溶液所用溶剂为水、DMF、乙醇、乙二醇等。本专利技术的有益效果在于：本专利技术使用非溶剂作为塑化剂，得到溶剂塑性，完美发挥了氧化石墨烯膜的塑性，提供8％的塑性加工区间，这在无机材料加工中是非常难得的。通过8％的塑性加工区间，拉伸得到了超高强度的石墨烯膜。附图说明图1为本专利技术的增强流程图；图2为实施例1得到的膜的强度曲线。图中，rGO表示还原后的氧化石墨烯，百分数表示拉伸率，例如8％表示将膜拉长原膜长度的8％。具体实施方式实施例1(1)将氧化石墨烯水混匀除泡后，铺在PET基底上，溶剂挥发后，揭离得到氧化石墨烯膜。(2)将氧化石墨烯膜，放在乙酸乙酯中浸泡使其溶胀；(3)在乙酸乙酯中，对溶胀后的膜进行拉伸，拉伸率为2～8％，然后施加外力以保持当前长度，释放掉片层间的应力，直到片层间的应力为0；(4)干燥后对膜进行强度测试，干燥过程中，施加外力以保持当前长度。(5)利用水合肼对干燥后的氧化石墨烯膜进行化学还原，对膜进行强度测试。不同拉伸倍率下即还原处理后得到的石墨烯膜的强度如图2所示，从图中可以看出，通过溶剂的塑化拉伸作用，氧化石墨烯膜的强度有了一个非常明显的提高，随着拉伸度的增加，相应氧化石墨烯膜的强度也逐步增加，由原先的200MPa增加到500MPa，同时，通过化学还原的手段，将氧化石墨烯还原，得到还原氧化石墨烯膜，继续提高膜的强度，对于塑化拉伸的500MPa的膜，经过化学还原后，强度可以达到1000MPa。另外，经测试，其他包括乙醇、丙酮、异丙醇、乙酸、乙酸乙酯、甲醇等在内的非溶剂均可使得石墨烯膜溶胀，通过拉伸可提高其强度。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种增强氧化石墨烯膜的方法，其特征在于，包括如下过程：(1)将氧化石墨烯膜后，放在非溶剂中浸泡使其溶胀；(2)在非溶剂中，对溶胀后的膜进行拉伸，拉伸率为2～8％，然后施加外力以保持当前长度，释放掉片层间的应力，直到片层间的应力为0；(3)干燥后完成对氧化石墨烯膜的增强，干燥过程中，施加外力以保持当前长度。

【技术特征摘要】
1.一种增强氧化石墨烯膜的方法，其特征在于，包括如下过程：(1)将氧化石墨烯膜后，放在非溶剂中浸泡使其溶胀；(2)在非溶剂中，对溶胀后的膜进行拉伸，拉伸率为2～8％，然后施加外力以保持当前长度，释放掉片层间的应力，直到片层间的应力为0；(3)干燥后完成对氧化石墨烯膜的增强，干燥过程中，施加外力以保持当前长度。2.根据权利要求1所述的增强方法，其特征在于，所述步骤1中，非溶剂为乙醇、丙酮、异丙醇、乙酸、乙酸乙酯、甲醇等或其混合溶剂。3.根据权利要求1所述的增强方法，其特征在于，还通过对干燥后的氧化石墨烯膜进行化学还原，使其进一步增强。4.根据权利要求3所述的增强方法，其特征在于，化学还原所采用的试剂为氢碘酸、水合肼...

【专利技术属性】
技术研发人员：许震，高超，李鹏，
申请(专利权)人：杭州高烯科技有限公司，浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33