一种高导电率石墨烯膜的制备方法技术

本发明专利技术属于石墨烯材料制备技术领域，特别涉及一种高导电率石墨烯膜的制备方法，先在磷酸保护剂的存在下通过改进的Hummer法制备氧化石墨烯，再通过聚酯纤维滤膜过滤得到氧化石墨烯膜，将得到的氧化石墨烯膜在氢碘酸乙醇混合液下还原得到石墨烯膜；其制备方法简单，操作方便，对设备、工艺要求简单，原料廉价，成本低，制备的石墨烯膜缺陷少，导电率高，易于实现大规模工业化生产。

【技术实现步骤摘要】

： 本专利技术属于石墨烯材料制备
，特别涉及一种高导电率石墨烯膜的制备方 法。
技术介绍
： 石墨烯（Graphene)是一种由碳原子以Sp2杂化轨道组成六角型呈蜂巢晶格的 平面薄膜，只有一个碳原子厚度的二维材料。它具有十分优异的性能，例如其比表面积高 达2630m 2. g-1，体征迀移率高达200000cm2. v-1. s-1，杨氏模量多达到I. OTPa，热传导常数为 5000W. πΓ1. Γ1，光学透射比高达97. 7%，石墨烯的些特性使得这种新型材料受到广泛关注。 目前，石墨烯的制备方法主要有机械剥离法、化学气相沉积法、外延生长法和化学 氧化还原法等，这些都有其优缺点：机械剥离法由于剥离方法的局限性，其不适合大规模工 业化制备石墨烯；化学气相沉积法和外延生长法方法由于具有工艺复杂、条件苛刻、产率 低、成本高等缺点，限制了其在石墨烯的大规模工业化生产和应用；氧化还原法是目前低成 本，大规模制备石墨烯较为普遍的方法。石墨烯导电膜由于其出色的力学性质、导电性以及 透光性等特性，在触摸屏、太阳能电池、超级电容器、锂离子电池电极以及一些柔性电极等 方面具有巨大的应用前景。然而目前氧化还原法制备的石墨烯膜的电导率较低，一方面是 氧化在石墨烯上留下缺陷，从而影响石墨烯片层基面电子的传输，另一方面是还原不能彻 底把氧化石墨烯上的含氧官能团除去，且含氧官能团除去之后会在石墨烯上面留下缺陷， 导致电子的传输性能大大下降，从而使所制备的石墨烯膜的电导率降低。因此迫切需要开 发一种简单高效，高导电石墨烯膜的制备方法。
技术实现思路
： 本专利技术的目的在于克服现有技术中存在的不足，提供一种高导电率石墨烯膜的制 备方法，该方法制备的石墨烯膜缺陷少，力学性能高，导电率较传统氧化还原法制得的石墨 烯和石墨烯膜有大幅度提高，具有广泛的应用前景。 为了实现上述目的，本专利技术制备高导电率石墨烯膜时具体包括以下步骤： (1)在磷酸保护剂的存在下通过改进的Hrnnmer法制备氧化石墨稀： a.先将天然鳞片石墨与高锰酸钾按照重量比为1:6的比例加入三口烧瓶中，并 缓慢加入浓硫酸和浓磷酸的混合酸，搅拌30min ;其中，混酸中浓硫酸：浓磷酸的体积比为 9:1 ;天然鳞片石墨与混酸的比例为Ig :120ml ; b.再将三口烧瓶移至50摄氏度的水浴中搅拌反应12h得到氧化石墨溶液； c.然后配制蒸馏水和双氧水体积比为20:1的溶液后冻成冰块，将反应得到的氧 化石墨溶液倒入含有双氧水的蒸馏水中至冰块完全溶解后过滤，再用重量百分比浓度为 10%的稀盐酸洗涤，最后用水洗至溶液pH = 7,在40摄氏度下真空干燥12h得到氧化石墨 烯；其中，每Ig天然鳞片石墨对应IOOml蒸馏水； (2)通过聚酯纤维滤膜过滤得到氧化石墨烯膜：先将步骤（1)得到的氧化石墨烯 分散到水中配制成0. 5-3mg/ml的氧化石墨烯水溶液；氧化石墨烯水溶液通过聚酯纤维滤 膜真空抽滤得到氧化石墨烯膜；再将得到的氧化石墨烯膜在40摄氏度下真空干燥8-12h后 备用； (3)氧化石墨烯膜在氢碘酸乙醇混合液下还原得到石墨烯膜：先配制氢碘酸与乙 醇体积比为1:1-1:10,优选1:2-1:4的混合液，将混合液放入密封瓶中，再将氧化石墨烯膜 悬在密封瓶里面，但并不接触氢碘酸与乙醇的混合液，然后在密闭的条件下80摄氏度油浴 进行反应12-40h，优选18-24h ;反应结束后，将还原的石墨烯膜依次用水和乙醇中冲洗，室 温晾干，即制备得到高导电率石墨烯膜。 本专利技术所述双氧水的重量百分比浓度为30%，氢碘酸的重量百分比浓度为55%。 本专利技术通过控制氧化石墨烯水溶液的体积和聚酯纤维滤膜的大小控制氧化石墨 稀膜的厚度；制备得到的氧化石墨稀膜的为1 μ m-ΙΟ μ m，优选为3 μ m-5 μ m。 本专利技术与现有技术相比，具有以下优点：一是在氧化过程中使用浓磷酸作为保护 剂，减小放热，相比传统的Hrnnmer法制备的氧化石墨稀缺陷更少，更好的保持碳原子的平 面结构，经过还原得到的石墨烯结构完整，导电率高；二是采用改进的氧化还原方法，氧化 过程中不使用硝酸盐和亚硝酸盐，避免NO、NO 2等有毒气体的产生，得到的氧化石墨烯较传 统的Hummer法得到的氧化石墨烯剥离程度高；三是采用氢碘酸与乙醇的混合液还原氧化 石墨烯膜，氢碘酸与氧化石墨烯膜作用，得到石墨烯膜，并且在乙醇蒸气的修复作用下，对 石墨烯膜表面的空位缺陷进行修复；其制备方法简单，操作方便，对设备、工艺要求简单，原 料廉价，成本低，制备的石墨烯膜缺陷少，导电率高，易于实现大规模工业化生产。【附图说明】： 图1为本专利技术实施例1所制备的氧化石墨烯膜（右边）和石墨烯膜（左边）的照 片。 图2为本专利技术实施例1所制备的氧化石墨烯膜和石墨烯膜的拉伸强度测试的应 力-应变曲线。 图3为本专利技术实施例1所制备的氧化石墨烯和石墨烯的XRD图。 图4为本专利技术实施例1所制备的石墨烯的TEM图。 图5为本专利技术实施例1所制备的石墨烯的AFM图。【具体实施方式】： 下面通过实施例并结合附图对本专利技术作进一步说明。 实施例1 : 本实施例制备尚导电率石墨條I旲的具体过程为： (1)取Ig石墨和6g高锰酸钾加入到三口烧瓶中，缓慢加入浓硫酸（98% )和浓磷 酸（85%)体积比为9:1的混酸120ml，搅拌30min;由于反应放热，反应的温度为30-35度； (2)将三口烧瓶移至50度水浴中搅拌12h，得到紫色的氧化石墨溶液； (3)将5ml双氧水（30% )加入到IOOml蒸馏水中冻成冰块，再将氧化石墨溶液倒 入冰块中，至冰块完全溶解后（此时溶液呈亮黄色）过滤，然后用质量分数为1当前第1页1 2 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高导电率石墨烯膜的制备方法，其特征在于具体包括以下步骤：(1)在磷酸保护剂的存在下通过改进的Hummer法制备氧化石墨烯：a.先将天然鳞片石墨与高锰酸钾按照重量比为1:6的比例加入三口烧瓶中，并加入浓硫酸和浓磷酸的混合酸，搅拌30min；其中,混酸中浓硫酸：浓磷酸的体积比为9:1；天然鳞片石墨与混酸的比例为1g：120ml；b.再将三口烧瓶移至50摄氏度的水浴中搅拌反应12h得到氧化石墨溶液；c.然后配制蒸馏水和双氧水体积比为20:1的溶液后冻成冰块，将反应得到的氧化石墨溶液倒入含有双氧水的蒸馏水中至冰块完全溶解后过滤，再用重量百分比浓度为10％的稀盐酸洗涤，最后用水洗至溶液pH＝7，在40摄氏度下真空干燥12h得到氧化石墨烯；其中，每1g天然鳞片石墨对应100ml蒸馏水；(2)通过聚酯纤维滤膜过滤得到氧化石墨烯膜:先将步骤(1)得到的氧化石墨烯分散到水中配制成0.5‑3mg/ml的氧化石墨烯水溶液；氧化石墨烯水溶液通过聚酯纤维滤膜真空抽滤得到氧化石墨烯膜；再将得到的氧化石墨烯膜在40摄氏度下真空干燥8‑12h后备用；(3)氧化石墨烯膜在氢碘酸乙醇混合液下还原得到石墨烯膜：先配制氢碘酸与乙醇体积比为1:1‑1:10的混合液，将混合液放入密封瓶中，再将氧化石墨烯膜悬在密封瓶里面，但并不接触氢碘酸与乙醇的混合液，然后在密闭的条件下80摄氏度油浴进行反应12‑40h；反应结束后，将还原的石墨烯膜依次用水和乙醇中冲洗，室温晾干，即制备得到高导电率石墨烯膜。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：宗成中，刘睿，宗迎夏，王春芙，
申请(专利权)人：青岛科技大学，
类型：发明
国别省市：山东;37