一种高导电率石墨烯膜的制备方法及高导电率石墨烯膜技术

本发明专利技术涉及碳纳米材料技术领域，具体涉及一种高导电率石墨烯膜的制备方法及高导电率石墨烯膜，所述高导率石墨烯膜的制备方法包括以下步骤：(1)在膨胀石墨中插层金属离子，制成石墨烯悬浮液；(2)悬浮液涂布在基底上；(3)采用磁控溅射法在上述基底上沉积金属和石墨烯的复合薄膜；(4)在复合薄膜上涂布石墨烯薄膜；(5)除去基底，得到高导电率石墨烯膜；本发明专利技术通过金属离子和原子对石墨烯进行改性，有效阻止石墨烯的团聚，提高了石墨的导电性，通过多层薄膜复合得到的石墨烯膜，具有较高的致密度。

Preparation method of high conductivity graphene film and high conductivity graphene film

The invention relates to the technical field of carbon nano materials, particularly relates to a method for preparing high conductivity graphene film and high conductivity of graphene film, the preparation method of high conductivity rate of graphene film comprises the following steps: (1) the intercalation of metal ions in the expanded graphite, made graphene suspension; (2) suspension was coated on the substrate; (3) composite films deposited metal and graphene on the substrate by magnetron sputtering method; (4) coating graphene films in composite films; (5) removing substrate, high conductivity of graphene film obtained by the invention; metal ions and atoms the graphene modified graphene can effectively prevent the agglomeration, increasing the conductivity of graphite, graphene film by multilayer thin film composite with high density.

【技术实现步骤摘要】
一种高导电率石墨烯膜的制备方法及高导电率石墨烯膜
本专利技术涉及碳纳米材料
，具体涉及一种高导电率石墨烯膜的制备方法及高导电率石墨烯膜。
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，也是只有一个碳原子厚度的二维材料，厚度仅有0.335nm，是目前世上最薄却也是最坚硬的纳米材料。它几乎是完全透明的，吸收率仅为2.3％。导热系数高达5300W/m·K。石墨烯的电子导电性良好，常温下其电子迁移率高于15000cm2/V·s，而电阻率仅为10-6Ω·cm，为目前世上电阻率最小的材料。总之石墨烯是一种高透光率、高导电性、高柔韧性、高机械强度、高导热性的优异的透明导电薄膜，在未来的柔性触控显示领域具有很大的优势。现有工艺相对成熟且可实现大面积制备石墨烯薄膜的方法是采用化学气相沉积法在金属催化基材上生长石墨烯，然后通过相应的转移方法将石墨烯转移到目标基材上。目前的石墨烯转移工艺使得石墨烯薄膜的导电性变差，且转移工艺良率低，制备成本高，尤其针对大面积石墨烯薄膜的制备问题更为突出。石墨烯优异的柔韧性在柔性触控屏领域和柔性显示领域具有很大的优势。为了满足触控屏和显示产品的轻薄化发展趋势，需要采用更为轻薄的基材作为石墨烯透明导电薄膜的目标衬底。现有的制备柔性显示器件所采用的超薄的基材PI膜，厚度多在10-30um，若采用现有的石墨烯转移工艺将石墨烯转移到厚度为10-30um的PI膜上，由转移工艺导致的石墨烯导电性差和良率低的问题变得更为突出。
技术实现思路
针对现有技术中存在的不足，本专利技术的目的之一是提供一种高导电率石墨烯膜的制备方法。专利技术的目的之二是提供一种高导电率石墨烯膜，它具有良好的导电率。为了实现上述目的，本专利技术提供一种高导电率石墨烯膜的制备方法，包括以下步骤：(1)对石墨进行膨胀处理，得到膨胀石墨；(2)将膨胀石墨与Mn+在有机溶剂中混合均匀，在酸性溶液中，在60～80℃下超声分散30～90min，然后静置5～15min，取上清液，并将上清液洗涤至中性，得到悬浮液；(3)采用旋涂法将悬浮液涂布在基底上，然后真空干燥5～15min后，得到基片A；(4)将基片A置于真空沉积室中，以石墨和金属的复合靶为靶材，氩气为保护气，在基片A上溅射沉积金属层，得到基片B，其中氩气的流量为80～200sccm，溅射沉积的时间为2～10min，然后按照步骤(3)的方法，在基片B上涂布石墨烯层；(5)除去基底，得到高导电率石墨烯膜；其中，所述M为Fe3+、Mn2+、Co2+、Ni2+、Ag+、Pt+、Pd+、Au+中的至少一种。本专利技术中，首先在膨胀石墨中插层金属离子，一方面可以避免剥离的石墨烯发生团聚，另一方面，将金属离子导入石墨层中，可以对石墨烯进行改性，使得石墨烯不仅具有良好的透过率，而且还具有优异的导电性。在步骤(2)中，酸性溶液不仅有利于石墨烯的剥离，还有利于金属离子在溶液中的稳定性，优选的，所述酸性溶液的pH≤3，所述酸性溶液可以为硫酸溶液、盐酸溶液、硝酸溶液、高氯酸溶液中至少一种。为了提高石墨烯悬浮液的稳定性，所述石墨烯悬浮液中还含有表面活性剂，表面活性剂能够提高石墨烯悬浮液的稳定性，优选的，所述表面活性剂为N-甲基-吡咯烷酮、十二烷基苯磺酸钠、聚乙烯吡咯烷酮、木质素磺酸钠、十六烷基三甲基溴化铵、聚氧乙烯月桂醚、氧化二丁基锡、聚乙烯醇、聚丙烯酰胺、聚丙烯酸、聚甲基丙烯酸、聚氧化乙烯中的至少一种。本专利技术中石墨烯的浓度也是影响石墨烯薄膜稳定性的因素之一，石墨烯浓度过高，则会引起石墨烯的团聚，石墨烯浓度过低，则会导致后续制备的石墨烯薄膜致密度降低，优选的，所述石墨烯的浓度为3～15mg/mL。金属离子的浓度影响石墨烯的导电性，优选的，所述金属离子的浓度为1～10mol/L。有机溶剂是分散石墨烯的介质，本专利技术对其没有特殊的要求，可以为所述领域技术人员所公知的有机溶剂，为了降低后期干燥的时间，本专利技术优选低沸点的有机溶剂，例如可以为乙醇、丙酮、二氯甲烷和乙醚中的至少一种。本专利技术通过旋涂法，将石墨烯悬浮液涂覆在基底的表面，然后干燥，在基底表面形成石墨烯薄膜。所述旋涂法的具体工艺为：(3a)基片清洗；(3b)在基片置于匀胶机中，在基片上涂覆一层PMMA；(3c)在涂覆PMMA的基片上旋转涂覆石墨烯悬浮液；(3d)将步骤(3c)制备得到的基片置于真空干燥箱中，在60～120℃下干燥5～15min。为了使后续的涂覆能够顺利进行，提高产品的品质，延长其使用寿命，在本专利技术的制备方法中，还对基底进行预处理，以达到除去基底表面油污、锈迹以及灰尘的目的。本专利技术采用本领域内常规使用的方法对基底进行预处理，具体的，所述预处理的步骤为：将基底用有机溶剂超声清洗，再除去基底表面的溶剂，进行干燥。通过在基片A上旋涂PMMA，便于后期石墨烯薄膜的无损伤转移。为了提高石墨烯薄膜的导电性，本专利技术中，在基片A上进行溅射沉积金属掺杂的第二石墨烯薄膜，该石墨烯膜不仅具有完整的晶格结构，还具有优异的导电性，同时也提高了石墨烯膜的致密度。本专利技术中，首先通过旋涂法在基底上沉积第一石墨烯薄膜，旋涂的工艺是影响石墨烯薄膜的均匀度和厚度的重要因素，为了获得厚度均匀且较薄的石墨烯涂层，所述石墨烯悬浮液的旋涂工艺为首先在300～500r/min下涂覆2～5s，然后在800～1000r/min下涂覆1～3s。本专利技术通过溅射沉积法在旋涂法制得的薄膜上沉积石墨烯和金属的复合薄膜。其中溅射沉积的工艺为：将基片A置于磁控溅射镀膜沉积室内，将镀膜沉积室抽真空至压强为1×10-3Pa，然后向沉积室内通入氩气，至压强为4.5Pa，开启偏压电源，以石墨和金属复合靶为靶材，在基片A上溅射沉积石墨烯薄膜，得到基片B，溅射条件为对基片A施加的负偏压为-100V，偏压占空比为50％，靶电流为2A，靶材与基片A距离8cm，沉积时间为10min。通过同时溅射石墨靶和金属靶，在基片A上沉积石墨烯和金属的复合薄膜，赋予了石墨烯良好的导电性和机械性能。金属靶和石墨靶的暴露面积决定涂层中石墨烯和金属的含量比，为了使石墨烯薄膜的性能达到最佳，优选的，所述石墨和金属的复合靶中，石墨靶和金属靶的暴露面积之比为(1～6)：1。所述金属靶为由锰靶、钴靶、镍靶、银靶、铂靶、钯靶、金靶中的至少一种。在溅射沉积的第二石墨烯薄膜上再旋转涂覆第三石墨烯薄膜，可以有效避免金属被氧化，从而提高石墨烯膜的使用寿命。为了进一步提高石墨烯膜的导电性和机械性能，优选的，所述高导电率石墨烯膜的制备方法，包括以下步骤：(1)对石墨进行膨胀处理，得到膨胀石墨；(2)将膨胀石墨与Mn+在有机溶剂中混合均匀，在酸性溶液中，在60～80℃下超声分散30～90min，然后静置5～15min，取上清液，并将上清液洗涤至中性，得到悬浮液；(3)采用旋涂法将悬浮液涂布在基底上，然后真空干燥5～15min后，得到基片A；(4)将基片A置于真空沉积室中，以石墨和金属的复合靶为靶材，氩气为保护气，在基片A上溅射沉积金属层，得到基片B，其中氩气的流量为80～200sccm，溅射沉积的时间为2～10min，然后按照步骤(3)的方法，在基片B上涂布石墨烯层；(5)重复步骤(4)1～2次；(6)除去基底，得到高导电率石墨烯膜。本本文档来自技高网...

【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，包括以下步骤：(1)对石墨进行膨胀处理，得到膨胀石墨；(2)将膨胀石墨与M

【技术特征摘要】
1.一种高导电率石墨烯膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)对石墨进行膨胀处理，得到膨胀石墨；(2)将膨胀石墨与Mn+在有机溶剂中混合均匀，在酸性溶液中，在60～80℃下超声分散30～90min，然后静置5～15min，取上清液，并将上清液洗涤至中性，得到悬浮液；(3)采用旋涂法将悬浮液涂布在基底上，然后真空干燥5～15min后，得到基片A；(4)将基片A置于真空沉积室中，以石墨和金属的复合靶为靶材，氩气为保护气，在基片A上溅射沉积金属层，得到基片B，其中氩气的流量为80～200sccm，溅射沉积的时间为2～10min，然后按照步骤(3)的方法，在基片B上涂布石墨烯层；(5)除去基底，得到高导电率石墨烯膜；其中，所述Mn+为Fe3+、Mn2+、Co2+、Ni2+、Ag+、Pt+、Pd+、Au+中的至少一种。2.根据权利要求1所述的高导电率石墨烯膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)对石墨进行膨胀处理，得到膨胀石墨；(2)将膨胀石墨与Mn+在有机溶剂中混合均匀，在酸性溶液中，在60～80℃下超声分散30～90min，然后静置5～15min，取上清液，并将上清液洗涤至中性，得到悬浮液；(3)采用旋涂法将悬浮液涂布在基底上，然后真空干燥5～15min后，得到基片A；(4)将基片A置于真空沉积室中，以石墨和金属的复合靶为靶材，氩气为保护气，在基片A上溅射沉积金属层，得到基片B，其中氩气的流量为80～200sccm，溅射沉积的时间为2～10min，然后按照步骤(3)的方法，在基片B上涂布石墨烯层；(5)重复步骤(4)1～2次；(6)除去基底，得到高导电率石墨烯膜。3.根据权利要求1或2所述的高导电率...

【专利技术属性】
技术研发人员：不公告发明人，
申请(专利权)人：长沙小新新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：湖南,43