一种高导电可折叠石墨烯膜及其制备方法与应用技术

本发明专利技术公开了一种高导电可折叠石墨烯膜及其制备方法，该石墨烯膜由机械剥离石墨烯、氧化石墨烯以及化学还原剂制备而成，经过机械混合、溶液成膜、自然干燥、低温热压等步骤得到。该石墨烯膜中少层石墨烯由化学还原的氧化石墨烯通过物理交联相互连接并填充空隙。其中石墨烯基元通过表面官能团和缩聚聚合物均匀结合，通过物理交联和石墨烯片之间形成导热交联网络。此石墨烯膜具有较好的电导率1000‑2000S/cm，较高的折叠柔性(10万次弯折)，适用于高导电柔性薄膜。

A High Conductivity Foldable Graphene Film and Its Preparation Method and Application

The invention discloses a highly conductive foldable graphene film and a preparation method thereof. The graphene film is prepared by mechanical peeling graphene, graphene oxide and chemical reducing agent, and is obtained by mechanical mixing, solution film formation, natural drying, low temperature hot pressing, etc. The few layers of graphene in the graphene film are connected by chemical reduced graphene oxide through physical crosslinking and filled with voids. Graphene units are uniformly combined with polycondensation polymers through surface functional groups. Thermal conductive crosslinking networks are formed between graphene sheets and physical crosslinking. The graphene film has a good conductivity of 1000 2000S/cm and a high folding flexibility (100,000 bending times). It is suitable for high conductivity flexible films.

【技术实现步骤摘要】
一种高导电可折叠石墨烯膜及其制备方法与应用
本专利技术涉及高性能纳米材料及其制备方法，尤其涉及一种高导电可折叠石墨烯膜及其制备方法及其制备方法。
技术介绍
石墨烯有优异的电学性能(室温下电子迁移率可达2×105cM2/Vs)，突出的导热性能(5000W/(MK)，超常的比表面积(2630M2/g)，其杨氏模量(1100GPa)和断裂强度(125GPa)。石墨烯优异的导电导热性能完全超过金属，同时石墨烯具有耐高温耐腐蚀的优点，而其良好的导电性能和较低的密度更让其具备了在电热材料领域取代金属的潜力。但是无缺陷的宏观组装石墨烯膜都是经过高温煅烧制备而成，此薄膜具有极好的电导率以及柔性，但是其制备要求3000度高温，成本高，耗时长。而不经过煅烧直接压制的石墨烯膜性能中等，柔性不佳，但是制备方法及其简单，成本低。因此，目前急需一种既可以发扬石墨烯优异电学性能以及柔性，又可以降低加工成本的新型石墨烯材料以及制备方法。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服现有技术的不足，提供一种高导电可折叠石墨烯膜及其制备方法。本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的：一种高导电可折叠石墨烯膜，所述的石墨烯膜由少层石墨烯片和单层的还原氧化石墨烯片组成，其中少层石墨烯片的层数≤20层，横向尺寸为0.1-20um，内部结构完整，ID/I≤0.2；还原氧化石墨烯片为全单层，氧碳比1.8-2，横向尺寸为0.1-100um。少层石墨烯片堆积成所述石墨烯膜，还原氧化石墨烯片位于少成石墨烯片之间，填充少层石墨烯片堆积空隙，少层石墨烯片通过单层石墨烯实现交联一种高导电可折叠石墨烯膜的制备方法，包含如下步骤：(1)将少层石墨烯、单层的氧化石墨烯以及还原剂均匀分散于溶剂中。(2)将混合液铺膜，自然晾干。(3)将得到的石墨烯膜低温压制得到最终柔性高导电可折叠石墨烯膜。进一步地，少层石墨烯和单层的氧化石墨烯的质量比为：83-67：10-30。进一步地，所述化学还原剂为氢碘酸、水合肼、维生素C等。进一步地，所述少层石墨烯由机械剥离得到。进一步地，所述热压的温度为60-100摄氏度，时间为0.5-2h，压力为20-60MPa进一步地，所述制备得到的石墨烯膜的电导率为1000-2000S/cm，可折叠10万次以上，折叠后其电导率下降20％以内。本专利技术的有益效果在于：本专利技术用单层的氧化石墨烯与少层石墨烯共混成膜，其中，少层石墨烯堆叠成膜，使得单层的氧化石墨烯位于少成石墨烯片之间，填充少层石墨烯片堆积空隙，少层石墨烯片通过单层石墨烯实现交联。在一定条件的热压后，氧化石墨烯被还原，形成导电通路，保证了石墨烯膜的导电性能。热压过程也保留了氧化石墨烯混匀过程中的褶皱，单层石墨烯的交联作用及其本身的褶皱结构，为石墨烯的力学性能提供了保证。该薄膜作为光阳极、对电极等；相比而言，石墨烯具有更高的电子迁移率，而且没有重金属污染问题存在，降低了成本，提高光转化效率。具体实施方式实施例1：1.将少层石墨烯(少层石墨烯片的层数≤20层，横向尺寸为0.1-20um，内部结构完整，ID/I≤0.2)、单层氧化石墨烯(全单层，氧碳比1.8-2，横向尺寸为0.1-100um)以及还原剂水合肼均匀混合，分散于去离子水中，其中，石墨烯(8.3wt％)、氧化石墨烯(1.0wt％)、还原剂(0.3wt％)，混合时间为0.5h，转速为2000r/min。2.将混合液铺膜，自然晾干。3.将得到的石墨烯膜低温压制得到最终柔性高导电可折叠石墨烯膜。所述热压的温度为60摄氏度，时间为0.5h，压力为20MPa。所制备得到的石墨烯膜密度为2.0，电导率为1000S/cm，可折叠10万次以上，折叠后其电导率下降19％左右。对比例11.将少层石墨烯(与实施例1同一来源)分散于去离子水中，其中，质量百分数为9.3wt％，混合时间为0.5h，转速为2000r/min。2.将混合液铺膜，自然晾干。3.将得到的石墨烯膜低温压制得到最终柔性高导电可折叠石墨烯膜。所述热压的温度为60摄氏度，时间为0.5h，压力为20MPa。所制备得到的石墨烯膜密度为1.8，其电导率为600S/cm，折叠4次后，薄膜发生断裂其电导率下降到10％左右。实施例2：1.将(少层石墨烯片的层数≤20层，横向尺寸为0.1-20um，内部结构完整，ID/I≤0.2)、单层氧化石墨烯(全单层，氧碳比1.8-2，横向尺寸为0.1-100um)以及还原剂氢碘酸均匀混合，分散于去离子水中，其中，石墨烯(6.7％)、氧化石墨烯(3.0％)、还原剂(0.7％)，混合时间为2h，转速为200r/min。2.将混合液铺膜，自然晾干。3.将得到的石墨烯膜低温压制得到最终柔性高导电可折叠石墨烯膜。所述热压的温度为100摄氏度，时间为2h，压力为60MPa。所制备得到的石墨烯膜的密度为2.1，电导率为2000S/cm，可折叠10万次以上，折叠后其电导率下降12％。对比例21.将少层石墨烯(与实施例2同一来源)分散于去离子水中，其中，质量百分数为10.7wt％，混合时间为2h，转速为200r/min。2.将混合液铺膜，自然晾干。3.将得到的石墨烯膜低温压制得到最终柔性高导电可折叠石墨烯膜。所述热压的温度为100摄氏度，时间为2h，压力为60MPa。所制备得到的石墨烯膜密度为1.9，其电导率为800S/cm，折叠6次后其电导率下降到12％左右。实施例3：1.将(少层石墨烯片的层数≤20层，横向尺寸为0.1-20um，内部结构完整，ID/I≤0.2)、单层氧化石墨烯(全单层，氧碳比1.8-2，横向尺寸为0.1-100um)以及还原剂维生素C均匀混合，分散于去离子水中，其中，石墨烯(7.5％)、氧化石墨烯(2.0％)、还原剂(0.4％)；混合时间为1h，转速为1000r/min。2.将混合液铺膜，自然晾干。3.将得到的石墨烯膜低温压制得到最终柔性高导电可折叠石墨烯膜。所述热压的温度为80摄氏度，时间为1h，压力为40MPa。所制备得到的石墨烯膜密度为2.0，其电导率为1200S/cm，可折叠10万次以上，折叠后其电导率下降16％。对比例31.将少层石墨烯(与实施例3同一来源)分散于去离子水中，其中，质量百分数为9.5wt％，混合时间为1h，转速为1000r/min。2.将混合液铺膜，自然晾干。3.将得到的石墨烯膜低温压制得到最终柔性高导电可折叠石墨烯膜。所述热压的温度为80摄氏度，时间为1h，压力为40MPa。所制备得到的石墨烯膜密度为1.81，其电导率为710S/cm，折叠4次后其电导率下降到9％左右。由上可知，单层的氧化石墨烯位于少成石墨烯片之间，填充少层石墨烯片堆积空隙，使得石墨烯膜的密度得到提高。还原后的单层氧化石墨烯为少层石墨烯片之间提供了通路，提高了膜的导电性能。单层石墨烯的交联作用也为石墨烯膜的可折叠性能奠定了基础。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高导电可折叠石墨烯膜，其特征在于，所述的石墨烯膜由少层石墨烯片和单层的还原氧化石墨烯片组成，其中少层石墨烯片的层数≤20层，横向尺寸为0.1‑20um，内部结构完整，ID/I≤0.2；还原氧化石墨烯片为全单层，氧碳比1.8‑2，横向尺寸为0.1‑100um。少层石墨烯片堆积成所述石墨烯膜，还原氧化石墨烯片位于少成石墨烯片之间，填充少层石墨烯片堆积空隙，少层石墨烯片通过单层石墨烯实现交联。

【技术特征摘要】
1.一种高导电可折叠石墨烯膜，其特征在于，所述的石墨烯膜由少层石墨烯片和单层的还原氧化石墨烯片组成，其中少层石墨烯片的层数≤20层，横向尺寸为0.1-20um，内部结构完整，ID/I≤0.2；还原氧化石墨烯片为全单层，氧碳比1.8-2，横向尺寸为0.1-100um。少层石墨烯片堆积成所述石墨烯膜，还原氧化石墨烯片位于少成石墨烯片之间，填充少层石墨烯片堆积空隙，少层石墨烯片通过单层石墨烯实现交联。2.一种高导电可折叠石墨烯膜的制备方法，其特征在于，包含如下步骤：(1)将少层石墨烯、单层的氧化石墨烯以及还原剂均匀分散于溶剂中。(2)将混合液铺膜，自然晾干。(3)将得到的石墨烯膜低温压制得到最终柔性高导电可折叠石墨烯膜。3.根据权利要求2...

【专利技术属性】
技术研发人员：高超，彭蠡，许震，刘一晗，
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