耐弯折的碳纳米管/石墨烯复合薄膜、其制备方法及应用技术

本发明专利技术公开了一种耐弯折的碳纳米管/石墨烯复合薄膜、其制备方法及应用。所述碳纳米管/石墨烯复合薄膜具有多孔网状结构，并且所述复合薄膜包括由石墨烯片层膨胀形成的多孔结构以及碳纳米管，其中至少部分的碳纳米管分布于石墨烯片层之间形成三维网络结构。所述制备方法包括：在保护性气氛中对碳纳米管/氧化石墨烯复合薄膜依次进行炭化处理及石墨化处理，制得主要由碳纳米管与还原氧化石墨烯组成的耐弯折的碳纳米管/石墨烯复合薄膜。本发明专利技术通过对碳纳米管/氧化石墨烯复合薄膜进行炭化和石墨化处理，利用碳纳米管在石墨烯片层之间形成三维网络结构，从而得到既具有很高的耐弯折性能，又具有很好的电磁屏蔽性能的碳纳米管/石墨烯复合薄膜。

Bending Resistant Carbon Nanotubes/Graphene Composite Films, Their Preparation and Application

The invention discloses a bending-resistant carbon nanotube/graphene composite film, a preparation method and application thereof. The carbon nanotube/graphene composite film has a porous network structure, and the composite film includes a porous structure formed by the expansion of graphene lamellae and carbon nanotubes, in which at least part of the carbon nanotubes are distributed among the graphene lamellae to form a three-dimensional network structure. The preparation method includes: carbon nanotubes/graphene oxide composite films are carbonized and graphitized sequentially in a protective atmosphere to prepare bending-resistant carbon nanotubes/graphene composite films mainly composed of carbon nanotubes and reduced graphene oxide. By carbonizing and graphitizing the carbon nanotubes/graphene oxide composite film, a three-dimensional network structure is formed between the graphene sheets by using carbon nanotubes, and a carbon nanotubes/graphene composite film with high bending resistance and good electromagnetic shielding performance is obtained.

【技术实现步骤摘要】
耐弯折的碳纳米管/石墨烯复合薄膜、其制备方法及应用
本专利技术涉及碳纳米管/氧化石墨烯复合材料领域，尤其涉及一种耐弯折的碳纳米管/石墨烯复合薄膜及其制备方法。
技术介绍
纳米碳材料，例如碳纳米管、石墨烯等材料具有优异的电化学性能、力学性能和热学性能，相对于传统的金属材料在热导率和电化学性质方面存在着更大的优势。目前人们对于碳纳米管和石墨烯复合薄膜的研究也很多，但是他们对复合结构的处理过程复杂，且复合薄膜的性能并没有很好地改善。随着现代科技的不断地发展，越来越多的电子产品应用在人们的日常生活之中，这些电子设备的电磁干扰严重影响了电子设备的正常运行以及的周围环境。因此电磁干扰(EMI)屏蔽材料越来越受到研究人员的广泛关注。但是目前传统的电磁屏蔽材料并不具有轻质性、柔韧性等特点，在电磁屏蔽产品的应用方面存在着很大的不足。纳米碳材料，例如碳纳米管、石墨烯等具有轻质、耐腐蚀、良好的柔韧性等优势，成为电磁屏蔽最有发展潜力的电磁屏蔽材料。因此，将碳纳米管和石墨烯等纳米碳材料制备成具有可折叠性能的纳米碳复合材料，在推进纳米碳材料在轻柔可折叠电磁屏蔽材料方面的应用具有很好的前景。然而目前，市场上尚未见具有良好电磁屏蔽性能的碳纳米管/石墨烯复合薄膜。
技术实现思路
本专利技术的主要目的在于提供一种耐弯折的碳纳米管/石墨烯复合薄膜及其制备方法，以克服现有技术中的不足。本专利技术的另一目的在于提供所述耐弯折的碳纳米管/石墨烯复合薄膜的应用。为实现前述专利技术目的，本专利技术采用的技术方案包括：本专利技术实施例提供了一种耐弯折的碳纳米管/石墨烯复合薄膜，所述复合薄膜具有多孔网状结构，并且所述复合薄膜包括由石墨烯片层膨胀形成的多孔结构以及碳纳米管，其中至少部分的碳纳米管分布于石墨烯片层之间形成三维网络结构。本专利技术实施例还提供了一种耐弯折的碳纳米管/石墨烯复合薄膜的制备方法，其包括如下步骤：提供碳纳米管/氧化石墨烯复合薄膜；在保护性气氛中对所述碳纳米管/氧化石墨烯复合薄膜依次进行炭化处理及石墨化处理，制得主要由碳纳米管与还原氧化石墨烯组成的耐弯折的碳纳米管/石墨烯复合薄膜。本专利技术实施例还提供了由前述方法制备的耐弯折的碳纳米管/石墨烯复合薄膜。本专利技术实施例还提供了前述耐弯折的碳纳米管/石墨烯复合薄膜于电磁屏蔽领域中的应用。相应的，本专利技术实施例还提供了一种电磁屏蔽材料，其包含前述耐弯折的碳纳米管/石墨烯复合薄膜。与现有技术相比，本专利技术的有益效果至少在于：1)本专利技术提供的制备方法操作技术成熟，成膜方式简单，通过对碳纳米管/氧化石墨烯复合薄膜进行炭化和石墨化处理，可以很好的构建一个三维网络结构，利用碳纳米管在石墨烯片层之间形成三维网络结构，从而得到既具有很高的耐弯折性能，可折叠，又具有很好的电磁屏蔽性能的碳纳米管/石墨烯复合薄膜；2)本专利技术提供的耐弯折的碳纳米管/石墨烯复合薄膜与传统的电磁屏蔽材料相比具有轻质性、柔韧性等优势，为纳米碳材料在电磁屏蔽领域的发展提供了很好的研究基础。附图说明图1是本专利技术实施例1制备的可折叠的单壁碳纳米管/还原氧化石墨烯复合薄膜的光学照片。图2a和图2b是本专利技术实施例1制备的可折叠的单壁碳纳米管/还原氧化石墨烯复合薄膜的扫描电镜图片。图3a是本专利技术实施例1中对制备的可折叠的单壁碳纳米管/还原氧化石墨烯复合薄膜进行折叠/释放实验电阻变化数据图。图3b是本专利技术实施例1中对制备的可折叠的单壁碳纳米管/还原氧化石墨烯复合薄膜折叠1000次以后的示意图。图4是本专利技术实施例1制备的可折叠的单壁碳纳米管/还原氧化石墨烯复合薄膜的电磁屏蔽性能数据图。图5是本专利技术对照例1制备的复合薄膜的力学性能数据图。图6是本专利技术对照例1制备的复合薄膜的性能测试图。图7是本专利技术对照例3制备的复合薄膜的性能测试图。图8是本专利技术实施例1-5制备的还原氧化石墨烯薄膜的电学性能数据图。图9是本专利技术实施例1制备的可折叠的单壁碳纳米管/还原氧化石墨烯复合薄膜的电学性能数据图。图10是本专利技术实施例2制备的可折叠的单壁碳纳米管/还原氧化石墨烯复合薄膜的电学性能数据图。图11是本专利技术对照例1制备的可折叠的单壁碳纳米管/还原氧化石墨烯复合薄膜的电学性能数据图。具体实施方式鉴于现有技术中的不足及碳纳米管和石墨烯具有的特点，本案专利技术人经长期研究和大量实践，得以提出本专利技术的技术方案，旨在提供一种具有很高的电磁屏蔽性能的可折叠的的碳纳米管/石墨烯复合薄膜的制备方法。如下将对该技术方案、其实施过程及原理等作进一步的解释说明。本专利技术的制备原理在于：本专利技术通过对碳纳米管/氧化石墨烯复合薄膜进行低温炭化处理和高温石墨化炉进行高温石墨化处理，在加热过程中会使氧化石墨烯进一步的还原为还原氧化石墨烯，在这个过程中石墨烯片层不断地膨胀形成多孔结构，而且由于碳纳米管的存在使得两个片层之间会有碳纳米管起支撑和固定作用，形成了多孔的网状结构。通过低温炭化和高温石墨化两个过程的同步改善赋予了碳纳米管/石墨烯复合薄膜的优异性能，在进行2200℃及以上温度的石墨化处理之后，碳纳米管/石墨烯复合薄膜才具有可折叠的性质，这主要是由于碳纳米管在还原氧化石墨烯片层之间的支撑和固定作用。由于高温处理使得该复合薄膜具有较高的电导率，且高温膨胀过程使得该复合结构具有多孔网状结构，这为优异的电磁屏蔽性能提供了很好的结构基础。本专利技术与传统的电磁屏蔽材料相比具有轻质性，柔韧性等优势，为纳米碳材料在电磁屏蔽领域的发展提供了很好的研究基础。首先需说明的是，本专利技术说明书中述及的术语的释义均是本领域技术人员所知悉的。例如，其中一些术语的定义如下：1.SWCNT：单壁碳纳米管。2.GO：氧化石墨烯(grapheneoxide)是石墨烯的氧化物。3.RGO：还原氧化石墨烯。本专利技术实施例的一个方面提供的一种耐弯折的碳纳米管/石墨烯复合薄膜，所述复合薄膜具有多孔网状结构，并且所述复合薄膜包括由石墨烯片层膨胀形成的多孔结构以及碳纳米管，其中至少部分的碳纳米管分布于石墨烯片层之间形成三维网络结构。在一些实施方案中，相互配合的两个石墨烯片层之间由碳纳米管支撑和固定。在一些实施方案中，所述碳纳米管包括单壁碳纳米管(SWCNT)、多壁碳纳米管等，但不限于此。进一步地，所述碳纳米管/石墨烯复合薄膜的具有耐弯折性能，其能够在折叠1000次以后仍不会产生任何折痕。进一步地，所述碳纳米管/石墨烯复合薄膜的抗拉强度为1Mpa～100Mpa，电导率为104S/m～106S/m。本专利技术实施例的另一个方面提供了一种耐弯折的碳纳米管/石墨烯复合薄膜的制备方法，其包括如下步骤：提供碳纳米管/氧化石墨烯复合薄膜；在保护性气氛中对所述碳纳米管/氧化石墨烯复合薄膜依次进行炭化处理及石墨化处理，制得主要由碳纳米管与还原氧化石墨烯组成的耐弯折的碳纳米管/石墨烯复合薄膜。在一些实施方案中，所述制备方法包括：对包含氧化石墨烯及碳纳米管的混合分散液进行成膜处理，获得碳纳米管/氧化石墨烯复合薄膜。进一步地，所述制备方法包括：将氧化石墨烯分散液与碳纳米管分散液混合，形成所述的混合分散液。进一步地，所述碳纳米管分散液的浓度为0.1mg/mL～5mg/mL。进一步地，所述氧化石墨烯分散液的浓度为0.1mg/mL～5mg/mL。进一步地，所述碳纳米管分散液包括碳纳米管、分散剂及水。在一些实施方案中，所述本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种耐弯折的碳纳米管/石墨烯复合薄膜，其特征在于：所述复合薄膜具有多孔网状结构，并且所述复合薄膜包括由石墨烯片层膨胀形成的多孔结构以及碳纳米管，其中至少部分的碳纳米管分布于石墨烯片层之间形成三维网络结构。

【技术特征摘要】
1.一种耐弯折的碳纳米管/石墨烯复合薄膜，其特征在于：所述复合薄膜具有多孔网状结构，并且所述复合薄膜包括由石墨烯片层膨胀形成的多孔结构以及碳纳米管，其中至少部分的碳纳米管分布于石墨烯片层之间形成三维网络结构。2.根据权利要求1所述的耐弯折的碳纳米管/石墨烯复合薄膜，其特征在于：相互配合的两个石墨烯片层之间由碳纳米管支撑和固定。3.根据权利要求1所述的耐弯折的碳纳米管/石墨烯复合薄膜，其特征在于：所述碳纳米管包括单壁碳纳米管和/或多壁碳纳米管。4.根据权利要求1所述的耐弯折的碳纳米管/石墨烯复合薄膜，其特征在于：所述碳纳米管/石墨烯复合薄膜具有耐弯折性能，在折叠1000次后仍不会产生折痕，所述碳纳米管/石墨烯复合薄膜的抗拉强度为1Mpa～100Mpa，电导率为104S/m～106S/m。5.一种耐弯折的碳纳米管/石墨烯复合薄膜的制备方法，其特征在于包括如下步骤：提供碳纳米管/氧化石墨烯复合薄膜；在保护性气氛中对所述碳纳米管/氧化石墨烯复合薄膜依次进行炭化处理及石墨化处理，制得主要由碳纳米管与还原氧化石墨烯组成的耐弯折的碳纳米管/石墨烯复合薄膜。6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于包括：对包含氧化石墨烯及碳纳米管的混合分散液进行成膜处理，获得碳纳米管/氧化石墨烯复合薄膜；优选的，所述制备方法包括：将氧化石墨烯分散液与碳纳米管分散液混合，形成所述的混合分散液。7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于：所述碳纳米管分散液的浓度为0.1mg/mL～5mg/mL；和/或，所述氧化石墨烯分散液的浓度为0.1mg/mL～5mg/mL。8.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于：所述碳纳米管分散液包括碳纳米管、分散剂及水；优选的，所述制备方法包括：采用分散剂对碳纳米管进行分散，并加入水作为溶剂，之后用超声清洗器进行处理，再用超声细胞粉碎机进行处理，形成所述碳纳米管分散液。9...

【专利技术属性】
技术研发人员：张永毅，傅慧丽，李清文，胡冬梅，
申请(专利权)人：中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所，
类型：发明
国别省市：江苏,32