一种可多次折叠高弹性石墨烯膜及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种可多次折叠高弹性石墨烯膜及其制备方法，该石墨烯膜由下述重量份原料制备得到，5‑15份浓硫酸、15‑25份硝酸钠、50‑60份石墨粉、10‑20份高锰酸钾、10‑30份有机沉淀剂；其中，该石墨烯膜通过下述步骤制备得到：步骤一、先在冰浴下依次加入100‑120mL浓硫酸、2.0‑2.5g硝酸钠和3.5‑5.0g石墨粉，均匀混合后缓慢加入10‑15g高锰酸钾，磁力搅拌1‑2小时后将上述混合物先置于30‑35℃下水浴1小时，该发明专利技术，不需要添加导电剂和粘结剂，活性物质利用率高，方法简单易行，快速高效，制备的石墨烯膜具有电化学比容高、循环寿命长，是一种超级电容器电极材料。

A Foldable High Elasticity Graphene Film and Its Preparation Method

【技术实现步骤摘要】
一种可多次折叠高弹性石墨烯膜及其制备方法
本专利技术涉及石墨烯膜
，具体涉及一种可多次折叠高弹性石墨烯膜及其制备方法。
技术介绍
2010年，英国曼彻斯特大学的两位教授AndreGeiM和KonstantinNovoselov因为首次成功分离出稳定的石墨烯获得诺贝尔物理学奖，掀起了全世界对石墨烯研究的热潮。石墨烯有优异的电学性能(室温下电子迁移率可达2×105cm2/Vs)，突出的导热性能(5000W/m.K)，超常的比表面积(2630m2/g)，其杨氏模量(1100GPa)和断裂强度(125GPa)。石墨烯优异的导电导热性能完全超过金属，同时石墨烯具有耐高温耐腐蚀的优点，而其良好的机械性能和较低的密度更让其具备了在电热材料领域取代金属的潜力。目前，储存电能的超级电容器日益为社会需要。提高电容器容量可通过增加其电极面积，或者减小其电极间距实现。在体积固定的情况下，减小电极间距是提升容量的较好的途径；通常的电容器作为间距的绝缘材料为薄膜，电化学比容低、循环寿命低。
技术实现思路
为了克服上述的技术问题，本专利技术的目的在于提供一种可多次折叠高弹性石墨烯膜及其制备方法，该专利技术制备的石墨烯膜耐反复弯折10万次以上，弹性断裂伸长率为33％以上；本专利技术通过加入有机沉淀剂，使得氧化石墨烯片形成褶皱；在干燥过程中，沉淀剂在高温下挥发，薄膜收缩，形成宏观褶皱；通过阳极氧化铝(AAO)膜辅助过滤热还原过程，使得制备的石墨烯膜表现出面电阻小于850Ω/sq，具有良好的柔性；经过900℃的热处理，得到的石墨烯膜在平面方向的热导率可以达到540W/(m.k)；用电化学沉淀法在石墨烯膜表面制备了氢氧化镍，这种氢氧化镍/石墨烯膜具有良好的物理和化学性能，在电流1A/g条件下循环1000圈之后的电化学比容还能保留原来的97.8％，该方法不需要添加导电剂和粘结剂，活性物质利用率高，方法简单易行，快速高效，制备的产品具有电化学比容高、循环寿命长，是一种超级电容器电极材料；用采用石英管作为密闭承载样品腔体，两端配备CF密封法兰作为拆卸装取样品，配置温度传感器控制系统作为保证腔体温度稳定，配备PID程序编排温控系统作为温度恒定。本专利技术的目的可以通过以下技术方案实现：一种可多次折叠高弹性石墨烯膜，该石墨烯膜由下述重量份原料制备得到，5-15份浓硫酸、15-25份硝酸钠、50-60份石墨粉、10-20份高锰酸钾、5-20份双氧水、10-30份有机沉淀剂；其中，该石墨烯膜通过下述步骤制备得到：步骤一、先在冰浴下依次加入100-120mL浓硫酸、2.0-2.5g硝酸钠和3.5-5.0g石墨粉，均匀混合后缓慢加入10-15g高锰酸钾，磁力搅拌1-2小时后将上述混合物先置于30-35℃下水浴1小时，然后在90-98℃水浴下缓慢滴入500-580mL去离子水，再加入质量分数为35％的10mL双氧水，离心、洗涤至中性后，分散在去离子水中，得到氧化石墨烯悬浮液，备用；步骤二、取20mL1mg/mL上述制备的氧化石墨烯悬浮液，然后加入有机沉淀剂，超声分散后，以AAO膜为滤膜，抽滤、洗涤后置于50-60℃下真空干燥，得到氧化石墨烯薄膜；步骤三、将步骤二中氧化石墨烯薄膜夹在两块光滑的石墨之间，施加3-5MPa的压力固定，将两块石墨放在石英管式炉中的石英舟中，打开减压阀、单向阀和排气阀，通过氮气罐通氮气30分钟后，热电偶开始加热，进行热处理，之后冷却室温后即得到石墨烯薄膜；步骤四、采用三电极体系在恒电流条件下，将氢氧化镍均匀的沉积在上述石墨烯薄膜表面，得到成品。作为本专利技术进一步的方案：所述步骤四中以制备的石墨烯膜作为工作电极，铂片为对电极，饱和甘汞电极作为参比电极，置于0.02mol/L氯化镍和0.04mol/L硝酸钠混合液中，70℃下以1mA/cm电流密度电沉积20-100s。作为本专利技术进一步的方案：所述步骤三中热处理的步骤为：在流速为30mL/min的氮气中，以2℃/min的速度从室温升温至200℃，然后在流速为50mL/min的氮气中，以20℃/min的速度从升温至900℃，之后在流速为50mL/min的氮气中，900℃恒温5小时，最后在流速为30mL/min的氮气中，冷却至室温。作为本专利技术进一步的方案：所述石英管式炉包括氮气罐、减压阀、单向阀、流量计、第一密封法兰、紫铜密封圈、石英管、热电偶、石英舟、炉体、第二密封法兰、酸液吸收柱、碱液吸收柱、排气阀、控温显示屏、控制系统开关、壳体和温度传感器，所述壳体的内部设置有炉体，所述炉体的内部均匀安装有热电偶，石英管贯穿炉体以及壳体，所述石英管的内部固定连接有，所述石英管的一端通过紫铜密封圈与第一密封法兰连接石英舟，所述第一密封法兰远离石英管的一端固定连接有流量计，所述流量计远离第一密封法兰的一端管道连接有单向阀，所述单向阀远离流量计的一端管道连接有减压阀，所述减压阀远离单向阀的一端管道连接有氮气罐，所述石英管的另一端固定连接有第二密封法兰，所述第二密封法兰底部固定连接有排气阀。将两块石墨放在石英管中的石英舟上，打开减压阀、单向阀和排气阀，然后通过氮气罐通氮气30分钟后，控制系统开关控制热电偶进行加热，控温显示屏显示温度，然后通过流量计控制氮气的流速，在流速为30mL/min的氮气中，以2℃/min的速度从室温升温至200℃，然后在流速为50mL/min的氮气中，以20℃/min的速度从升温至900℃，之后在流速为50mL/min的氮气中，900℃恒温5小时，最后在流速为30mL/min的氮气中，冷却至室温，取出，整个过程操作简单，便于控制温度恒定，加热效果好，易于热还原氧化石墨烯薄膜。作为本专利技术进一步的方案：所述排气阀通过管道与碱液吸收柱连接，所述碱液吸收柱通过管道与酸液吸收柱连接。作为本专利技术进一步的方案：所述壳体的一侧固定安装有控温显示屏，所述控温显示屏的一侧设置有控制系统开关，所述炉体的内部设置有温度传感器，所述温度传感器电性连接控温显示屏。本专利技术的有益效果：1、该专利技术制备的石墨烯膜耐反复弯折10万次以上，弹性断裂伸长率为33％以上；本专利技术通过加入有机沉淀剂，使得氧化石墨烯片形成褶皱；在干燥过程中，沉淀剂在高温下挥发，薄膜收缩，形成宏观褶皱；通过阳极氧化铝(AAO)膜辅助过滤热还原过程，使得制备的石墨烯膜表现出面电阻小于850Ω/sq，具有良好的柔性；经过900℃的热处理，得到的石墨烯膜在平面方向的热导率可以达到540W/(m.k)；2、用电化学沉淀法在石墨烯膜表面制备了氢氧化镍，这种氢氧化镍/石墨烯膜具有良好的物理和化学性能，在电流1A/g条件下循环1000圈之后的电化学比容还能保留原来的97.8％，该方法不需要添加导电剂和粘结剂，活性物质利用率高，方法简单易行，快速高效，制备的产品具有电化学比容高、循环寿命长，是一种超级电容器电极材料；3、将两块石墨放在石英管中的石英舟上，打开减压阀、单向阀和排气阀，然后通过氮气罐通氮气30分钟后，控制系统开关控制热电偶进行加热，控温显示屏显示温度，然后通过流量计控制氮气的流速，在流速为30mL/min的氮气中，以2℃/min的速度从室温升温至200℃，然后在流速为50mL/min的氮气中，以20℃/min的速度从升温至900℃，之后在流速为50mL/min的氮气本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种可多次折叠高弹性石墨烯膜，其特征在于，该石墨烯膜由下述重量份原料制备得到，5‑15份浓硫酸、15‑25份硝酸钠、50‑60份石墨粉、10‑20份高锰酸钾、5‑20份双氧水、10‑30份有机沉淀剂；其中，该石墨烯膜通过下述步骤制备得到：步骤一、先在冰浴下依次加入100‑120mL浓硫酸、2.0‑2.5g硝酸钠和3.5‑5.0g石墨粉，均匀混合后缓慢加入10‑15g高锰酸钾，磁力搅拌1‑2小时后将上述混合物先置于30‑35℃下水浴1小时，然后在90‑98℃水浴下缓慢滴入500‑580mL去离子水，再加入质量分数为35％的10mL双氧水，离心、洗涤至中性后，分散在去离子水中，得到氧化石墨烯悬浮液，备用；步骤二、取20mL1mg/mL上述制备的氧化石墨烯悬浮液，然后加入有机沉淀剂，超声分散后，以AAO膜为滤膜，抽滤、洗涤后置于50‑60℃下真空干燥，得到氧化石墨烯薄膜；步骤三、将步骤二中氧化石墨烯薄膜夹在两块光滑的石墨之间，施加3‑5MPa的压力固定，将两块石墨放在石英管式炉中的石英舟(9)中，打开减压阀(2)和单向阀(3)，通过氮气罐(1)通氮气30分钟后，热电偶(8)开始加热，进行热处理，之后冷却室温后即得到石墨烯薄膜；步骤四、采用三电极体系在恒电流条件下，将氢氧化镍均匀的沉积在上述石墨烯薄膜表面，得到成品。...

【技术特征摘要】
1.一种可多次折叠高弹性石墨烯膜，其特征在于，该石墨烯膜由下述重量份原料制备得到，5-15份浓硫酸、15-25份硝酸钠、50-60份石墨粉、10-20份高锰酸钾、5-20份双氧水、10-30份有机沉淀剂；其中，该石墨烯膜通过下述步骤制备得到：步骤一、先在冰浴下依次加入100-120mL浓硫酸、2.0-2.5g硝酸钠和3.5-5.0g石墨粉，均匀混合后缓慢加入10-15g高锰酸钾，磁力搅拌1-2小时后将上述混合物先置于30-35℃下水浴1小时，然后在90-98℃水浴下缓慢滴入500-580mL去离子水，再加入质量分数为35％的10mL双氧水，离心、洗涤至中性后，分散在去离子水中，得到氧化石墨烯悬浮液，备用；步骤二、取20mL1mg/mL上述制备的氧化石墨烯悬浮液，然后加入有机沉淀剂，超声分散后，以AAO膜为滤膜，抽滤、洗涤后置于50-60℃下真空干燥，得到氧化石墨烯薄膜；步骤三、将步骤二中氧化石墨烯薄膜夹在两块光滑的石墨之间，施加3-5MPa的压力固定，将两块石墨放在石英管式炉中的石英舟(9)中，打开减压阀(2)和单向阀(3)，通过氮气罐(1)通氮气30分钟后，热电偶(8)开始加热，进行热处理，之后冷却室温后即得到石墨烯薄膜；步骤四、采用三电极体系在恒电流条件下，将氢氧化镍均匀的沉积在上述石墨烯薄膜表面，得到成品。2.根据权利要求1所述的一种可多次折叠高弹性石墨烯膜,其特征在于，所述步骤四中以制备的石墨烯膜作为工作电极，铂片为对电极，饱和甘汞电极作为参比电极，置于0.02mol/L氯化镍和0.04mol/L硝酸钠混合液中，70℃下以1mA/cm电流密度电沉积20-100s。3.根据权利要求1所述的一种可多次折叠高弹性石墨烯膜,其特征在于，所述步骤三中热处理的步骤为：在流速为30mL/min的氮气中，以2℃/min的速度从室温升温至200℃，然后在流速为50mL/min的氮气中，以20℃/min的速度从升温至900℃，之后在流速为50mL/min的氮气中，900℃恒温5小时，最后在流速为30mL/min的氮气中，冷却至室温。4.根据权利要求1所述的一种可多次折叠高弹性石墨烯膜,其特征在于，所述有机沉淀剂为羟基甲烷、醋酸乙酯、正己烷中至少一种。5.一种可多次折叠高弹性石墨烯膜的制备方法,其特征在于，该石墨烯膜通过下述步骤制备得到：步骤一、先在冰浴下依次加入100-120mL浓硫酸、2.0-2.5g硝酸钠和3.5-5.0g石墨粉，均匀混合后缓慢加入10-15g高锰酸钾，磁力搅拌1-2小时后将上述混合物先置于30-35℃下水浴1小时，然后在90...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈盛卓，胡卓杰，黄奥迪，
申请(专利权)人：宁波昕科工贸有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江,33