一种石墨烯膜的制备方法技术

本发明专利技术提供了一种石墨烯膜的制备方法。本发明专利技术先制备得到氧化石墨烯，然后将得到的氧化石墨烯，与金属反应，得到金属氧化物/还原氧化石墨烯复合物；除去金属氧化物后，得到还原氧化石墨烯溶液；将基底置于烧杯中，加入蒸馏水，逐滴加入还原氧化石墨烯溶液，在水面形成还原氧化石墨烯膜，然后用吸管将多余的水缓慢的吸出，将基底干燥后即得到所述的石墨烯膜。重复上述步骤，可以得到不同层数的石墨烯膜。本方法将还原氧化石墨烯直接自组装成膜，方法简单，条件温和，适用于多种基底石墨烯膜的制备，并且制备方法对基底无损害。

Preparation method of graphene film

The invention provides a preparation method of graphene film. The method first prepares graphene oxide, and then reacts the obtained graphene oxide with metal to obtain metal oxide/reduced graphene oxide composite; after removing metal oxide, the reduced graphene oxide solution is obtained; the substrate is placed in a beaker, distilled water is added, and the reduced graphene oxide solution is added dropwise. A reduced graphene oxide film is formed on the water surface, and the excess water is slowly sucked out by a straw, and the graphene film is obtained after the substrate is dried. By repeating the above steps, graphene films with different layers can be obtained. The method is simple, mild and suitable for the preparation of graphene films on various substrates, and the preparation method is not harmful to the substrate.

【技术实现步骤摘要】
一种石墨烯膜的制备方法
本专利技术属于功能纳米材料
，具体地涉及一种石墨烯的方法，更具体涉及一种石墨烯膜的制备方法。
技术介绍
石墨烯是由单层碳以六元环状紧密排列而成的蜂窝状的点阵结构，拥有独特的低维度和sp2杂化结构的骨架，具有独特的电学性能及物理化学性质。石墨烯制备方法到现阶段已经取得巨大进展，主要方法有氧化还原、机械剥离法、化学气相沉积法和有机合成法。随着现代科学技术的发展，为了满足柔性可携带电子器件的的设计和功率要求，制作超轻、柔性、安全的储能器件正成为人们的研究热点。石墨烯膜作为一种新型碳材料，由于其具有大比表面积、高机械性能、优异的电子传输能力等优点，在能量储存等领域有着广泛的应用。目前，石墨烯膜的制备方法主要有抽滤法、旋涂法、自组装法、电泳法和化学气相沉积法等。抽滤法制备薄膜受滤纸大小控制。旋涂法通过分散液浓度、转速来控制石墨烯膜的厚度和面积，缺点是容易造成原料浪费。自组装方法简单易行，薄膜面积大小可以任意控制，薄膜呈现较好的均匀性和可控性，但是以氧化石墨烯作为成膜体，后续的还原处理对石墨烯膜及基底有很大的影响。采用电泳沉积法制备石墨烯薄膜时，其面积大小受电极控制，控制电泳沉积电压和沉积时间，可以制备出不同厚度的石墨烯薄膜，但是不便于将得到的薄膜转移到其他基底上。化学气相沉积法能得到大面积高质量的单层石墨烯膜，但是存在成本高、设备复杂、工艺不能连续生产等问题。中国专利201210034061.0公开了一种氧化石墨烯膜、石墨烯膜及其制备方法和应用。所述制备氧化石墨烯膜的方法包括：采用Langmuir-Blodgett方法将所述氧化石墨烯溶液滴加在水面上，使水-空气界面上形成氧化石墨烯膜，然后将所述氧化石墨烯膜转移至基底上。所述的制备石墨烯膜的制备方法为将制备得到的氧化石墨烯置于还原气氛中，在800-1000℃下加热15-60min，即制得石墨烯膜。中国专利201310149062.4公开了一种制备大面积石墨烯及其复合薄膜的方法，具体方法包括将氧化石墨烯水溶液倾倒在纸质基材上使其形成均匀覆盖的膜层，然后执行烘干固化处理；将承载有氧化石墨烯膜层的纸质基材浸泡在氢碘酸中进行还原反应，在此过程中纸质基材在酸性环境下发生水解、同时与酸反应生成气泡，由此促使氧化石墨烯膜层自动脱离纸质基材，并获得所需的大面积石墨烯薄。中国专利201710797478.5公开氧化了石墨烯膜、石墨烯膜的制备方法，以及所述石墨烯膜的应用，本专利技术用氧化石墨烯接枝Tween80制备双亲性氧化石墨烯，然后加入DC704型硅油/水双相体系中形成氧化石墨烯膜，然后再将氧化石墨烯膜铺展在基片上，在加有还原剂的水溶液中还原制备出石墨烯膜如上所述，现有技术中石墨烯膜的制备方法为先利用氧化石墨烯溶液成膜，然后在对氧化石墨烯膜进行还原而制备石墨烯膜。氧化石墨烯表面电位高，能够产生足够大的排斥力，因此氧化石墨烯悬浮液能够稳定分散，但是还原后的石墨烯表面电位降低，表面排斥力减小，容易发生团聚，因此现有技术中多为先制备氧化石墨烯膜，然后进行还原制备得到石墨烯膜，但是在还原氧化石墨烯膜的过程中容易造成薄膜催化，并且在采用高温、化学剂等还原方法的过程中容易对柔性基底造成损害。因此需要设计出一种直接将还原氧化石墨烯制备成膜的方法。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术的目的是提供一种石墨烯膜的制备方法，本专利技术先将氧化石墨烯还原得到还原氧化石墨烯，然后再将还原氧化石墨直接自组装成膜，方法简单，条件温和，适用于多种基底石墨烯膜的制备，并且制备方法对基底无损害。解释：1、如未有特别说明，GO为石墨烯的简称。2、如未有特别说明，RGO为还原氧化石墨烯的简称。3、如未有特别说明，MO为金属氧化物的简称。4、如未有特别说明，本专利技术中所述的浓硫酸为质量分数为98％的硫酸水溶液。5、如未有特别说明，本专利技术中所述的双氧水为质量分数为30％的过氧化氢水溶液。一方面，本专利技术提供了一种石墨烯膜的制备方法，具体包括以下步骤：步骤(1)：将石墨片、硝酸钠和浓硫酸混合搅拌30min后得到混合物A；步骤(2)：在冰水浴的条件下，将高锰酸钾加入到步骤(1)得到的混合物A中搅拌12h，然后加入蒸馏水搅拌12h，然后加入双氧水搅拌24h，反应得到混合物B；步骤(3)：将步骤(2)得到的混合物，用蒸馏水离心水洗5-6次后，即得到浆状物GO；步骤(4)：将金属片用砂纸打磨后放入蒸馏水中超声5min，得到处理后的金属片；步骤(5)：取步骤(3)得到的氧化石墨烯，向其中加入蒸馏水，超声分散后，得到混合物C；步骤(6)：将步骤(4)得到的处理后的金属片放入步骤(5)得到的混合物C中，在25℃的油浴条件下反应12h，用蒸馏水和无水乙醇洗掉金属片表面吸附的未反应的GO，然后将得到的金属片置于无水乙醇中超声5分钟后将金属片取出，得到MO/RGO复合物溶液；步骤(7)：将步骤(6)得到的MO/RGO复合物溶液置于盐酸溶液中搅拌2h，用蒸馏水离心水洗后，将其分散在有机溶剂中，得到RGO溶液；步骤(8)：将基底置于烧杯中，加入蒸馏水，将步骤(7)得到的RGO溶液逐滴加入，在水面形成RGO膜，然后用吸管将多余的水缓慢的吸出，直至液面降至基底以下，得到负载有石墨烯膜的基底，置于烘箱中干燥即得到所述的石墨烯膜；重复步骤(8)的方法多次，可以得到不同层数的石墨烯膜。所述步骤(1)中的石墨片的质量为5.0g，浓硫酸的体积为120mL，硝酸钠的质量为2g。所述步骤(2)中的高锰酸钾的质量为20g，去离子水的体积为200mL，双氧水的体积为50mL。所述步骤(4)中的金属片为锌片、铁片或镁片。所述步骤(5)中的GO的体积为10mL，蒸馏水的体积为90mL。所述步骤(6)中的无水乙醇的体积为70mL。所述步骤(7)中的有机溶剂的体积为70mL,所述的有机溶剂为无水乙醇和甲醇的混合物，其中，无水乙醇和甲醇的体积比为8-12:1；优选地，所述的无水乙醇和甲醇的体积比为7:1。所述步骤(7)中的盐酸溶液为0.1mol/L的盐酸水溶液。优选地，所述步骤(8)中的基底为玻璃片、硅片或聚乙烯片。所述步骤(8)中的加入的蒸馏水的高度距离基底上表面0.8-1.2cm，干燥的温度为50℃。另一方面，本专利技术提供了一种上述制备方法得到的石墨烯膜。本专利技术的有益效果为：(1)本专利技术提供的石墨烯膜的制备方法为先将GO还原为RGO，然后再把RGO自组装成膜，方法简单，条件温和，不损伤基底，可以适用于多种基底的石墨烯膜的制备。(2)通过步骤(8)的循环操作，可以制备出不同层数的石墨烯膜，有效便捷地调节石墨烯膜的厚度。(3)本专利技术提供的石墨烯膜制备方法简单，制备出的石墨烯薄膜的均匀性好，本专利技术意外的发现通过步骤(7)中的有机溶剂为乙醇和甲醇的混合物，且乙醇和甲醇的体积比8-12：1时，可以提高石墨烯薄膜的均匀性，并且得到的RGO溶液更易成膜。附图说明图1为实施例1中制备得到的石墨烯膜的透射电镜图。图2为实施例1中制备得到的GO和RGO的拉曼光谱图图3为实施例1、实施例4、实施例5、实施例6和实施例7中制备得到的不同层数石墨烯膜的的透射光谱图。具体实施方式实施例1一种石墨烯膜的制备方法步骤(1)：将5.0g石墨片、2g硝酸钠和120mL浓硫酸混合搅拌本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种石墨烯膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤(1)：将石墨片、硝酸钠和浓硫酸混合搅拌30min后得到混合物A；步骤(2)：在冰水浴的条件下，将高锰酸钾加入到步骤(1)得到的混合物A中搅拌12h，然后加入蒸馏水搅拌12h，然后加入双氧水搅拌24h，反应得到混合物B；步骤(3)：将步骤(2)得到的混合物B，用蒸馏水离心水洗5‑6次后，即得到浆状物氧化石墨烯；步骤(4)：将金属片用砂纸打磨后放入蒸馏水中超声5min，得到处理后的金属片；步骤(5)：取步骤(3)得到的氧化石墨烯，向其中加入蒸馏水，超声分散后，得到混合物C；步骤(6)：将步骤(4)得到的处理后的金属片放入步骤(5)得到的混合物C中，在25℃的油浴条件下反应12h，用蒸馏水和无水乙醇洗掉金属片表面吸附的未反应的氧化石墨烯，然后将得到的金属片置于无水乙醇中超声5分钟后将金属片取出，得到金属氧化物/还原氧化石墨烯复合物溶液；步骤(7)：将步骤(6)得到的金属氧化物/还原氧化石墨烯复合物溶液置于盐酸溶液中搅拌2h，用蒸馏水离心水洗后，将其分散在有机溶剂中，得到还原氧化石墨烯溶液；步骤(8)：将基底置于烧杯中，加入蒸馏水，将步骤(7)得到的还原氧化石墨烯溶液逐滴加入，在水面形成还原氧化石墨烯膜，然后用吸管将多余的水缓慢的吸出，直至液面降至基底以下，得到负载有石墨烯的基底，置于烘箱中干燥即得到所述的石墨烯膜。...

【技术特征摘要】
1.一种石墨烯膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤(1)：将石墨片、硝酸钠和浓硫酸混合搅拌30min后得到混合物A；步骤(2)：在冰水浴的条件下，将高锰酸钾加入到步骤(1)得到的混合物A中搅拌12h，然后加入蒸馏水搅拌12h，然后加入双氧水搅拌24h，反应得到混合物B；步骤(3)：将步骤(2)得到的混合物B，用蒸馏水离心水洗5-6次后，即得到浆状物氧化石墨烯；步骤(4)：将金属片用砂纸打磨后放入蒸馏水中超声5min，得到处理后的金属片；步骤(5)：取步骤(3)得到的氧化石墨烯，向其中加入蒸馏水，超声分散后，得到混合物C；步骤(6)：将步骤(4)得到的处理后的金属片放入步骤(5)得到的混合物C中，在25℃的油浴条件下反应12h，用蒸馏水和无水乙醇洗掉金属片表面吸附的未反应的氧化石墨烯，然后将得到的金属片置于无水乙醇中超声5分钟后将金属片取出，得到金属氧化物/还原氧化石墨烯复合物溶液；步骤(7)：将步骤(6)得到的金属氧化物/还原氧化石墨烯复合物溶液置于盐酸溶液中搅拌2h，用蒸馏水离心水洗后，将其分散在有机溶剂中，得到还原氧化石墨烯溶液；步骤(8)：将基底置于烧杯中，加入蒸馏水，将步骤(7)得到的还原氧化石墨烯溶液逐滴加入，在水面形成还原氧化石墨烯膜，然后用吸管将多余的水缓慢的吸出，直至液面降至基底以下，得到负载有石墨烯的基底，置于烘箱中干燥即得到所述的石墨烯膜。2.根据权利要求1所述的石墨烯膜的制备方...

【专利技术属性】
技术研发人员：焦正波，徐秉辉，管香港，赵修松，
申请(专利权)人：青岛大学，
类型：发明
国别省市：山东,37