一种高性能石墨烯薄膜及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种高性能石墨烯薄膜及其制备方法，该薄膜的原料包含：石墨烯材料85％～99％，还原剂0.1％～10％，表面活性剂0.1％～1％，添加剂0.1％～5％。该薄膜的制备方法包含：步骤1，按比例称取各原料；步骤2，制备改性氧化石墨烯浆料；步骤3，将所得的浆料抽真空，过滤水分，使氧化石墨烯形成一层薄膜；步骤4，制备还原剂溶液，并将氧化石墨烯薄膜通过还原剂溶液，还原成石墨烯薄膜；步骤5，将添加剂溶于溶剂中制备反应溶液，将石墨烯薄膜通过装有反应溶液的反应槽，然后再将其置于紫外光环境下照射。本发明专利技术制备的石墨烯薄膜具有优异的抗菌、抗紫外、远红外等功能，极大地扩展了应用范围，具有广阔的应用前景。

A High Performance Graphene Film and Its Preparation Method

【技术实现步骤摘要】
一种高性能石墨烯薄膜及其制备方法
本专利技术涉及一种薄膜及其制备方法，具体地，涉及一种高性能石墨烯薄膜及其制备方法。
技术介绍
石墨烯是从石墨中剥离出来的单层碳原子材料，由碳原子紧密堆积成单层二维蜂窝状晶格结构，它是人类已知的厚度最薄、质地最坚硬、导电性最好的材料。石墨烯具有优异的力学、光学和电学性质，结构非常稳定，迄今为止研究者尚未发现石墨烯中有碳原子缺失的情况，碳原子之间的链接非常柔韧，比钻石还坚硬，强度比世界上最好的钢铁还要高上100倍，如果用石墨烯制成包装袋，它将能承受大约两吨重的物品，几乎完全透明，却极为致密，不透水、不透气，即使原子尺寸最小的氦气也无法通过，导电性能好，石墨烯中电子的运动速度达到了光速的1/300，导电性超过了任何传统的导电材料，化学性质类似石墨表面，可以吸附和脱附各种原子和分子，还有抵御强酸强碱的能力。同时石墨烯还具有优异的抗菌功能，应用在薄膜中，所得的石墨烯薄膜不仅强度高，还可有效避免细菌滋生，未来可应用在包括航空航天等在内的众多领域。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种薄膜及其制备方法，在室温条件下通过还原氧化石墨烯的方法，制备一种高性能石墨烯薄膜。该石墨烯薄膜具备较好的拉伸强度、导电性能以及抗疲劳性能。同时石墨烯薄膜还具有优异的抗菌、抗紫外、远红外等功能，极大地扩展了石墨烯薄膜的应用范围，具有广阔的应用前景。为了达到上述目的，本专利技术提供了一种高性能石墨烯薄膜，其中，所述的薄膜的原料按质量百分比计包含：石墨烯材料85％～99％，还原剂0.1％～10％，表面活性剂0.1％～1％，添加剂0.1％～5％。上述的高性能石墨烯薄膜，其中，所述的石墨烯材料包含采用Brodie法、Staudenmaier法、氧化还原法制备的任意一种氧化石墨烯。上述的高性能石墨烯薄膜，其中，所述的还原剂包含水合肼、硼氢化钠、氨水、氢碘酸等中的任意一种或多种。上述的高性能石墨烯薄膜，其中，所述的表面活性剂包含聚乙烯醇、聚乙二醇、木质素磺酸钠、聚乙烯吡络烷酮(PVP)、十二烷基吡咯烷酮、十二烷基磺酸钠、二甲基甲酰胺(DMF)等中的任意一种或多种。上述的高性能石墨烯薄膜，其中，所述的添加剂由包含顺-13,16-二十二碳二烯酸甲酯、顺-4,7,10,13,16,19-二十二碳六烯酸甲酯、10,12-二十二碳二炔二酸二芘甲酯、十七烷酸甲酯、反亚油酸甲酯、顺-11,14,17-二十碳三烯酸甲酯、二十碳烯酸甲酯等中的任意一种或多种单体聚合而成。本专利技术还提供了上述的高性能石墨烯薄膜的制备方法，其中，所述的方法包含：步骤1，按比例称取各原料；步骤2，制备改性氧化石墨烯浆料；步骤3，将步骤2所得的浆料抽真空，过滤水分，使氧化石墨烯形成一层薄膜；步骤4，制备还原剂溶液，并将步骤3所得的氧化石墨烯薄膜通过还原剂溶液，将氧化石墨烯薄膜还原成石墨烯薄膜；步骤5，将添加剂溶于溶剂中制备反应溶液，再倒入反应槽中，将步骤4所得的石墨烯薄膜通过装有反应溶液的反应槽，然后再将其置于紫外光环境下照射，得到高性能石墨烯薄膜。上述的高性能石墨烯薄膜的制备方法，其中，所述的步骤2包含：步骤2.1，将氧化石墨烯粉体加入到去离子水中，氧化石墨烯的质量浓度为0.1％～10％，常温超声处理20～40min；步骤2.2，将表面活性剂添加到步骤2.1所得的溶液中，搅拌10～20min，之后常温超声处理20～40min，得到氧化石墨烯溶液。上述的高性能石墨烯薄膜的制备方法，其中，所述的步骤3中，使用抽滤机将所得的浆料抽真空20～60min，将水分过滤出，氧化石墨烯形成一层薄膜。上述的高性能石墨烯薄膜的制备方法，其中，所述的步骤4中，在室温条件下将还原剂加入到去离子水中，搅拌10～20min，之后常温超声处理20～40min，制备还原剂溶液，还原剂的质量浓度为0.1％～10％。上述的高性能石墨烯薄膜的制备方法，其中，所述的步骤5中，将添加剂加入到去离子水中，搅拌10～20min，之后常温超声处理20～40min，制备反应溶液，添加剂的质量浓度为0.1％～5％；然后将反应溶液倒入反应槽中，使石墨烯薄膜通过装有反应溶液的反应槽，然后再将石墨烯薄膜置于紫外光环境下照射0.5～2h。本专利技术提供的高性能石墨烯薄膜及其制备方法具有以下优点：本方法制备的石墨烯薄膜根据生产工艺厚度可控制在＜100μm，同时该石墨烯薄膜具备较好的拉伸强度、导电性能以及抗疲劳性，其中拉伸强度＞1000Mpa，导电性＞30MJ/m3等。石墨烯薄膜还具有优异的抗菌、抗紫外、远红外等功能，极大地扩展了石墨烯薄膜的应用范围，具有广阔的应用前景。本方法制备的高性能石墨烯薄膜，工艺简单易操作，成本低廉，经济效益高，适合大规模工业化生产。具体实施方式以下对本专利技术的具体实施方式作进一步地说明。本专利技术提供的高性能石墨烯薄膜，该薄膜的原料按质量百分比计包含：石墨烯材料85％～99％，还原剂0.1％～10％，表面活性剂0.1％～1％，添加剂0.1％～5％。优选地，石墨烯材料包含采用Brodie法、Staudenmaier法、氧化还原法制备的任意一种氧化石墨烯。氧化石墨烯一般由石墨经强酸氧化而得。主要有三种制备方法：Brodie法，Staudenmaier法和Hummers法。还原剂包含水合肼、硼氢化钠、氨水、氢碘酸等中的任意一种或多种。表面活性剂包含聚乙烯醇、聚乙二醇、木质素磺酸钠、聚乙烯吡络烷酮(PVP)、十二烷基吡咯烷酮、十二烷基磺酸钠、二甲基甲酰胺(DMF)等中的任意一种或多种。添加剂由包含顺-13,16-二十二碳二烯酸甲酯、顺-4,7,10,13,16,19-二十二碳六烯酸甲酯、10,12-二十二碳二炔二酸二芘甲酯、十七烷酸甲酯、反亚油酸甲酯、顺-11,14,17-二十碳三烯酸甲酯、二十碳烯酸甲酯等中的任意一种或多种单体聚合而成。本专利技术还提供了该高性能石墨烯薄膜的制备方法，该方法包含：步骤1，按比例称取各原料；步骤2，制备改性氧化石墨烯浆料；步骤3，将步骤2所得的浆料抽真空，过滤水分，使氧化石墨烯形成一层薄膜；步骤4，制备还原剂溶液，并将步骤3所得的氧化石墨烯薄膜慢速通过还原剂溶液，将氧化石墨烯薄膜还原成石墨烯薄膜；步骤5，将添加剂溶于溶剂中制备反应溶液，再倒入反应槽中，将步骤4所得的石墨烯薄膜通过装有反应溶液的反应槽，然后再将其置于紫外光环境下照射，得到高性能石墨烯薄膜。优选地，步骤2包含：步骤2.1，将氧化石墨烯粉体加入到去离子水中，氧化石墨烯的质量浓度为0.1％～10％，常温超声处理20～40min；步骤2.2，将表面活性剂添加到步骤2.1所得的溶液中，搅拌10～20min，之后常温超声处理20～40min，得到氧化石墨烯溶液。步骤3中，使用抽滤机将所得的浆料抽真空20～60min，将水分过滤出，氧化石墨烯形成一层薄膜。步骤4中，在室温条件下将还原剂加入到去离子水中，搅拌10～20min，之后常温超声处理20～40min，制备还原剂溶液，还原剂的质量浓度为0.1％～10％。步骤5中，将添加剂加入到去离子水中，搅拌10～20min，之后常温超声处理20～40min，制备反应溶液，添加剂的质量浓度为0.1％～5％；然后将反应溶液倒入反应槽中，使石墨烯薄膜通过装有反应溶液的反应槽并与反应溶液充分接触，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高性能石墨烯薄膜，其特征在于，所述的薄膜的原料按质量百分比计包含：石墨烯材料85％～99％，还原剂0.1％～10％，表面活性剂0.1％～1％，添加剂0.1％～5％。

【技术特征摘要】
1.一种高性能石墨烯薄膜，其特征在于，所述的薄膜的原料按质量百分比计包含：石墨烯材料85％～99％，还原剂0.1％～10％，表面活性剂0.1％～1％，添加剂0.1％～5％。2.如权利要求1所述的高性能石墨烯薄膜，其特征在于，所述的石墨烯材料包含采用Brodie法、Staudenmaier法、氧化还原法制备的任意一种氧化石墨烯。3.如权利要求1所述的高性能石墨烯薄膜，其特征在于，所述的还原剂包含水合肼、硼氢化钠、氨水、氢碘酸中的任意一种或多种。4.如权利要求1所述的高性能石墨烯薄膜，其特征在于，所述的表面活性剂包含聚乙烯醇、聚乙二醇、木质素磺酸钠、聚乙烯吡络烷酮、十二烷基吡咯烷酮、十二烷基磺酸钠、二甲基甲酰胺中的任意一种或多种。5.如权利要求1所述的高性能石墨烯薄膜，其特征在于，所述的添加剂由包含顺-13,16-二十二碳二烯酸甲酯、顺-4,7,10,13,16,19-二十二碳六烯酸甲酯、10,12-二十二碳二炔二酸二芘甲酯、十七烷酸甲酯、反亚油酸甲酯、顺-11,14,17-二十碳三烯酸甲酯、二十碳烯酸甲酯中的任意一种或多种单体聚合而成。6.一种如权利要求1～5中任意一项所述的高性能石墨烯薄膜的制备方法，其特征在于，所述的方法包含：步骤1，按比例称取各原料；步骤2，制备改性氧化石墨烯浆料；步骤3，将步骤2所得的浆料抽真空，过滤水分，...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘少华，任国峰，
申请(专利权)人：任国峰，
类型：发明
国别省市：河北,13