一种在绝缘基体上制备石墨烯薄膜的方法技术

本发明专利技术公开了一种一步法在绝缘基体上制备石墨烯薄膜的方法。通过将绝缘基体在含有弱酸的氧化石墨烯溶液中的水热过程处理，即可在基体表面得到均一的石墨烯薄膜。该制备方法无需贵重仪器设备、过程简单易控、成本低，易于推广。负载有石墨烯薄膜的绝缘基体，可以用作电学或者电化学的器件，有很广泛的潜在应用价值。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种在绝缘基体上制备石墨烯薄膜的方法，具体涉及在绝缘基体上直接水热生长石墨烯薄膜，主要涉及电学或电化学器件、表面改性修饰等

技术介绍
石墨烯（Graphene）是一种由碳原子构成的单层片状结构的新材料，其由碳原子以sp2杂化轨道组成六角型呈蜂巢晶格的平面薄膜，是只有一个碳原子厚度的二维材料。石墨烯具有优异的机械性能、导电性能、非常高的比表面积等一系列性能。目前，石墨烯材料已经得到广泛关注和研究，从而成为热点，而其中石墨烯薄膜由于有利于实现器件化更是受到格外的青睐。在前专利中报道了一种电化学沉积法在基体表面制备石墨烯的方法[罗胜联，刘承斌，唐艳红，刘荣华，滕雅蓉，张甘，张锡林. 一种石墨烯薄膜的制备方法. CN102051651A]；利用 CVD 法制备石墨烯的方法[任文才，高力波，马来鹏等. 石墨烯的化学气相沉积法制备[J]. 新型炭材料，2011，26(1)：71-80]，然而这两种方法都仅适用于导电的基体，特别是 CVD 仅适用于镍和铜等少量金属基体。在另一专利中，利用抽滤的方法得到了石墨烯薄膜[曾尤，郑雅轩，王函，英哲，裴嵩峰，任文才，成会明. 一种石墨烯发热膜的制备方法. CN103607795A]，但是这种方法仅能得到较厚的薄膜，而且很难实现大面积制膜。
技术实现思路
基于在先技术中的不足，本专利技术提出一种在绝缘基体上制备石墨烯薄膜的方法。通过引入弱酸，可以在绝缘基体表面制备得到石墨烯薄膜，在绝缘基体上沉积石墨烯导电层可以改变其表面导电性。本专利技术的技术解决方案如下：一种在绝缘基体上制备石墨烯薄膜的方法，包括如下步骤：（1）配制含有弱酸的氧化石墨烯水溶液；（2）将步骤（1）中制得的混合溶液加入到水热釜内衬中，并将绝缘基体浸入混合溶液中，拧紧不锈钢外套后，进行水热处理，水热温度范围为90 °C ~ 220 °C，水热处理时间为18 ~ 30 h；（3）水热处理结束并冷却后将基体取出，清洗后晾干，得到表面生长石墨烯薄膜的绝缘基体。进一步，所述的氧化石墨烯水溶液的浓度为0.4~1 mg/mL。进一步，所述的弱酸为醋酸、硼酸、磷酸、水杨酸、柠檬酸、乳酸中的一种或几种，弱酸的浓度范围为：0.01~0.5 mol/L。进一步，所述的绝缘基体为陶瓷、玻璃、石英、二氧化硅、碳化硅、塑料、聚合物树脂等绝缘材料。附图说明图1 在加入醋酸的氧化石墨烯溶液中处理得到的石墨烯薄膜图2 在加入柠檬酸的氧化石墨烯溶液中处理得到的石墨烯薄膜图3 在加入磷酸的氧化石墨烯溶液中处理得到的石墨烯薄膜具体实施方式以下介绍本专利技术绝缘基体上制备石墨烯薄膜的具体实施方式，但是需要指出，本专利技术的保护范围并不限于此。实施例1称取20 mg的氧化石墨烯(GO)，加入到去离子水中，超声30分钟，往溶液中加入1 mmol 醋酸，然后加入去离子水配置成50 mL的水溶液。将该溶液搅拌10分钟后超声30分钟。随后将上述混合溶液转移到100 mL水热釜中，并放入基片（保持垂直放置）浸入分散液中，在200 °C温度条件下水热反应24小时，待温度降至室温时，取出产物，用去离子水清洗干燥后，得到石墨烯薄膜，结果如图1所示。实施例2称取20 mg的氧化石墨烯(GO)，加入到去离子水中，超声30分钟，往溶液中加入1 mmol 醋酸，然后加入去离子水配置成50 mL的水溶液。将该溶液搅拌10分钟后超声30分钟。随后将上述混合溶液转移到100 mL水热釜中，并放入基片（保持垂直放置）浸入分散液中，在180 °C温度条件下水热反应30小时，待温度降至室温时，取出产物，用去离子水清洗后，置于室温自然干燥得到生长石墨烯薄膜的陶瓷片基体。实施例3称取20 mg的氧化石墨烯(GO)，加入到去离子水中，超声30分钟，往溶液中加入1 mmol 柠檬酸，然后加入去离子水配置成50 mL的水溶液。将该溶液搅拌10分钟后超声30分钟。随后将上述混合溶液转移到100 mL水热釜中，并放入基片（保持垂直放置）浸入分散液中，在200 °C温度条件下水热反应24小时，待温度降至室温时，取出产物，用去离子水清洗干燥后，得到石墨烯薄膜，结果如图2所示。实施例4称取20 mg的氧化石墨烯(GO)，加入到去离子水中，超声30分钟，往溶液中加入1 mmol 磷酸，然后加入去离子水配置成50 mL的水溶液。将该溶液搅拌10分钟后超声30分钟。随后将上述混合溶液转移到100 mL水热釜中，并放入基片（保持垂直放置）浸入分散液中，在200 °C温度条件下水热反应24小时，待温度降至室温时，取出产物，用去离子水清洗干燥后，得到石墨烯薄膜，结果如图3所示。实施例5称取20 mg的氧化石墨烯(GO)，加入到去离子水中，超声30分钟，往溶液中加入10 mmol 磷酸，然后加入去离子水配置成50 mL的水溶液。将该溶液搅拌10分钟后超声30分钟。随后将上述混合溶液转移到100 mL水热釜中，并放入基片（保持垂直放置）浸入分散液中，在200 °C温度条件下水热反应24小时，待温度降至室温时，取出产物，用去离子水清洗干燥后，得到石墨烯薄膜。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种在绝缘基体上生长石墨烯薄膜的方法，其特征在于包括如下步骤：（1）配制含有弱酸的氧化石墨烯水溶液；（2）将步骤（1）中制得的混合溶液加入到水热釜内衬中，并将绝缘基体浸入混合溶液中，拧紧不锈钢外套后，进行水热处理，水热温度范围为90 °C ~ 220 °C，水热处理时间为18 ~ 30 h；（3）水热处理结束并冷却后将基体取出，清洗后晾干，得到表面生长石墨烯薄膜的绝缘基体。

【技术特征摘要】
1.一种在绝缘基体上生长石墨烯薄膜的方法，其特征在于包括如下步骤：（1）配制含有弱酸的氧化石墨烯水溶液；（2）将步骤（1）中制得的混合溶液加入到水热釜内衬中，并将绝缘基体浸入混合溶液中，拧紧不锈钢外套后，进行水热处理，水热温度范围为90 °C ~ 220 °C，水热处理时间为18 ~ 30 h；（3）水热处理结束并冷却后将基体取出，清洗后晾干，得到表面生长石墨烯薄膜的绝...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵崇军，王圣琪，邵肖肖，马越，赵莉，钱秀珍，
申请(专利权)人：华东理工大学，
类型：发明
国别省市：上海;31