一种毛细管作用诱导的有序纳米纤维基柔性石墨烯薄膜的制备方法技术

一种毛细管作用诱导的有序纳米纤维基柔性石墨烯薄膜的制备方法，将醋酸纤维素溶于醋酸混合搅拌均匀，得到纺丝液进行静电纺丝，干燥从而得到醋酸纤维素薄膜；制备氧化石墨烯，通过微孔滤膜提纯分离得到尺寸均一的溶于水中的氧化石墨烯片层；利用真空抽滤的方法将氧化石墨烯均匀分散在醋酸纤维素薄膜的基底上，干燥后制备得到氧化石墨烯薄膜;通过热压将氧化石墨烯薄膜样品热还原，可得醋酸纤维素薄膜作为基底毛细管作用诱导制备柔性石墨烯薄膜。利用基底在微纳米尺度形成细小毛细管，利用毛细管作用原理氧化石墨烯浸润进入基底表面，极大地提高氧化石墨烯薄膜与基底的物理相互作用和附着力，从而可适应在复杂曲面表面的贴合以及应用。

Preparation of an ordered nanofiber flexible graphene film induced by capillary action

【技术实现步骤摘要】
一种毛细管作用诱导的有序纳米纤维基柔性石墨烯薄膜的制备方法
本专利技术涉及一种纳米材料纤维薄膜的制备方法，尤其是涉及一种毛细管作用诱导的有序纳米纤维基柔性石墨烯薄膜的制备方法。
技术介绍
石墨烯作为膜材料的研究仍处于初期阶段，但近年来的研究发现其在触摸屏、导电膜、太阳能电池和发光二极管等方面表现出更多的潜在优势，如高灵敏度、高导电率、高光电转换效率和高的透光率等。因此，将石墨烯应用于导电薄膜材料中是一项非常有前景的工作。但是，石墨烯薄膜的制备方法的不同对其导电性、透光率、均匀性等性能影响较大，从而在很大程度上限制了其作为导电薄膜材料应用的发展。石墨烯由于其超强的热稳定性、化学稳定性、机械稳定性以及高透光性和电子迁移率等优点，因而被认为是制备膜材料最佳的材料之一。目前，石墨烯薄膜的制备方法有多种，主要包括：旋涂法、喷涂法、层层自组装和化学气相沉积法等。但是这些方法往往原料严重浪费、厚度难以精确控制、还原处理对导电性能影响较大、工艺复杂、成本很高并且柔性不适应在复杂曲面表面的贴合。同时，目前在制备石墨烯薄膜过程中出现的具有毒性的有机溶剂作为还原剂的使用，对环境和人类带来很多负面影响，也将带来致命柔性基板和可穿戴设备的生物安全性的问题。因此寻求一种新型简便有效环境友好地方法提高石墨烯薄膜与基底的物理相互作用和附着力，适应在复杂曲面表面的贴合，完美展现柔性对于现在石墨烯作为电子器件方面的运用和下一代集成电路的基础材料具有重要的意义。
技术实现思路
解决的技术问题：本专利技术提供了一种毛细管作用诱导的有序纳米纤维基柔性石墨烯薄膜的制备方法；该方法操作简单，成本较低，环境友好，利用毛细管作用原理氧化石墨烯浸润进入基底表面，极大地提高石墨烯薄膜与基底的物理相互作用和附着力，适应在复杂曲面表面的贴合。技术方案：一种毛细管作用诱导的有序纳米纤维基柔性石墨烯薄膜的制备方法，包括如下制备步骤：a）将醋酸纤维素溶于醋酸，浓度为15-20wt.%，混合搅拌均匀，得到纺丝液；在29.5℃，湿度20%下进行静电纺丝，干燥后得到醋酸纤维素薄膜；b）采用改性Hummers法制备氧化石墨烯，通过微孔滤膜提纯分离得到尺寸均一的溶于水中的氧化石墨烯片层；c）利用真空抽滤的方法将氧化石墨烯均匀分散在醋酸纤维素薄膜的基底上，干燥后得到氧化石墨烯薄膜;d）通过热压，将氧化石墨烯薄膜热还原，最终得醋酸纤维素薄膜作为基底毛细管作用诱导制备柔性石墨烯薄膜。步骤a中静电纺丝的条件为纺丝电压为25kV，接收辊转速为2000rpm，注射针头流速为1.5mL/h，注射针头与接收辊之间的接收距离为15cm；其中利用接收棍作为接收装置。步骤b中所述Hummers法制备氧化石墨烯的具体方法为：将1g石墨粉和0.05g氯化钠混合后水洗除去氯化钠，干燥，加入23mL98wt.%的浓硫酸后搅拌22h，将6g高锰酸钾加入上述溶液，并保持此时的温度不超过20℃，随后，升温至40℃保持30min，最后升温至90℃并保持45min，加入46mL18MΩ超纯水，25min后加入140mL蒸馏水和10mL30wt.％双氧水，用5wt.％的盐酸溶液酸洗一遍后，在蒸馏水中透析3天。步骤d中所用热压的条件为130-180℃，压力为2个标准大气压，热压时间为300-3000s。步骤c中利用基底在微纳米尺度形成细小毛细管，极大地提高氧化石墨烯薄膜与基底的物理相互作用和附着力。所述的柔性石墨烯薄膜，利用毛细管作用原理氧化石墨烯浸润进入基底表面，强的物理相互作用和附着力可适应在复杂曲面表面的贴合以及应用。有益效果：本专利技术方法利用有序醋酸纤维素纳米纤维的基底在微纳米尺度形成细小毛细管，通过毛细管作用，极大地提高氧化石墨烯薄膜与基底的物理相互作用和附着力，展现出良好的柔性，适应在复杂曲面表面的贴合以及应用。方法简单、操作可行、环境友好。附图说明图1为毛细管作用诱导的有序纳米纤维基柔性石墨烯薄膜的制备方法步骤图；图2为实施例1制备的氧化石墨烯薄膜的扫描电镜照片；图3为实施例1制备的石墨烯薄膜的扫描电镜照片；图4为实施例2在130-180℃下对应的石墨烯薄膜方阻值的变化；图5为实施例3在所制备的柔性石墨烯薄膜在不同弯曲距离下所对应的电阻值的变化；图6为实例3在所制备的柔性石墨烯薄膜在弯曲时的实物图；图7为实施例4中所制备不同质量浓度溶液所纺纤维的光学显微镜照片；A、B、C分别为质量浓度为12wt%、15wt%、17wt%的溶液所纺纤维的光学显微镜照片，图中标尺均为1cm；图8为实施例5中所制备接收不同辊转速所纺纤维的光学显微镜照片。A、B、C、D分别为转速为1000rpm、1500rpm、2000rpm和3000rpm时的纺丝条件下所纺纤维的光学显微镜照片，图中标尺均为1mm。具体实施方式以下实施例进一步说明本专利技术的内容，但不应理解为对本专利技术的限制。在不背离本专利技术精神和实质的情况下，对本专利技术方法、步骤或条件所作的修改和替换，均属于本专利技术的范围。若未特别指明，实施例中所用的技术手段为本领域技术人员所熟知的常规手段。实施例1a）将醋酸纤维素溶于醋酸，浓度为17wt.%，混合搅拌均匀，得到纺丝液；在29.5℃，湿度20%，纺丝电压为25kV，接收辊转速为2000rpm，注射针头流速为1.5mL/h，注射针头与接收辊之间的接收距离为15cm下进行静电纺丝，干燥后得到醋酸纤维素薄膜；b）采用改性Hummers法制备氧化石墨烯，通过3μm微孔滤膜提纯分离得到尺寸均一的溶于水中的氧化石墨烯片层；所述Hummers法制备氧化石墨烯的具体方法为：将1g石墨粉和0.05g氯化钠混合后水洗除去氯化钠，干燥，加入23mL浓硫酸后搅拌22h，将6g高锰酸钾加入上述溶液，并保持此时的温度不超过20℃，随后，升温至40℃保持30min，最后升温至90℃并保持45min，加入46mL18MΩ超纯水，25min后加入140mL蒸馏水和10mL30wt％双氧水，用5wt％的盐酸溶液酸洗一遍后，在蒸馏水中透析3天。c）利用真空抽滤的方法将1mL的浓度为15mg/mL的氧化石墨烯均匀分散在醋酸纤维素薄膜的基底上，干燥后得到氧化石墨烯薄膜；d）通过热压条件180℃，压力为2个标准大气压，热压时间为1200s，将氧化石墨烯薄膜热还原，最终得醋酸纤维素薄膜作为基底毛细管作用诱导制备柔性石墨烯薄膜。如图1为毛细管作用诱导的有序纳米纤维基柔性石墨烯薄膜的制备方法步骤图，通过细小毛细管，使石墨烯和基底通过界面作用结合。图2和图3说明氧化石墨烯和还原氧化石墨烯随着基底下面的微纳米尺度形成细小毛细管形成不同程度的皱褶。实施例2a）将醋酸纤维素溶于醋酸浓度为17wt.%，混合搅拌均匀，得到纺丝液；在29.5℃，湿度20%，纺丝电压为25kV，接收辊转速为2000rpm，注射针头流速为1.5mL/h，注射针头与接收辊之间的接收距离为14cm下进行静电纺丝，干燥后得到醋酸纤维素薄膜；b）采用改性Hummers法制备氧化石墨烯，通过微孔滤膜提纯分离得到尺寸均一的溶于水中的氧化石墨烯片层；所述Hummers法制备氧化石墨烯的具体方法为：将1g石墨粉和0.05g氯化钠混合后水洗除去氯化钠，干燥，加入23mL浓硫酸后搅拌22h，将6g高锰酸钾加入上述溶液，并保持此时的温度本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种毛细管作用诱导的有序纳米纤维基柔性石墨烯薄膜的制备方法，其特征在于包括如下制备步骤：a）将醋酸纤维素溶于醋酸，浓度为15‑20wt.%，混合搅拌均匀，得到纺丝液；在29.5℃，湿度20%下进行静电纺丝，干燥后得到醋酸纤维素薄膜；b）采用改性Hummers 法制备氧化石墨烯，通过微孔滤膜提纯分离得到尺寸均一的溶于水中的氧化石墨烯片层；c）利用真空抽滤的方法将氧化石墨烯均匀分散在醋酸纤维素薄膜的基底上，干燥后得到氧化石墨烯薄膜;d）通过热压，将氧化石墨烯薄膜热还原，最终得醋酸纤维素薄膜作为基底毛细管作用诱导制备柔性石墨烯薄膜。

【技术特征摘要】
1.一种毛细管作用诱导的有序纳米纤维基柔性石墨烯薄膜的制备方法，其特征在于包括如下制备步骤：a）将醋酸纤维素溶于醋酸，浓度为15-20wt.%，混合搅拌均匀，得到纺丝液；在29.5℃，湿度20%下进行静电纺丝，干燥后得到醋酸纤维素薄膜；b）采用改性Hummers法制备氧化石墨烯，通过微孔滤膜提纯分离得到尺寸均一的溶于水中的氧化石墨烯片层；c）利用真空抽滤的方法将氧化石墨烯均匀分散在醋酸纤维素薄膜的基底上，干燥后得到氧化石墨烯薄膜;d）通过热压，将氧化石墨烯薄膜热还原，最终得醋酸纤维素薄膜作为基底毛细管作用诱导制备柔性石墨烯薄膜。2.根据权利要求书1所述的一种毛细管作用诱导的有序纳米纤维基柔性石墨烯薄膜的制备方法，其特征在于所述步骤a中静电纺丝的条件为纺丝电压为25kV，接收辊转速为2000rpm，注射针头流速为1.5mL/h，注射针头与接收辊之间的接收距...

【专利技术属性】
技术研发人员：代云茜，周洁，王世梅，徐婉琳，曾燚，孙乐乐，符婉琳，黄诚谦，孙岳明，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32