一种柔性石墨烯膜及其制备方法技术

本发明专利技术提供一种氧化石墨烯膜的制备方法，包括以下步骤：(1)将有机分子分散于溶剂中，得到修饰液；(2)将步骤(1)得到的修饰液缓慢加入到氧化石墨烯水性浆料中分散均匀，得到修饰后的氧化石墨烯浆料；(3)将步骤(2)得到的修饰后的氧化石墨烯浆料涂覆在基体上干燥，得到氧化石墨烯膜。本发明专利技术还提供应用该氧化石墨烯膜制备得到的柔性石墨烯膜，是将该氧化石墨烯膜进行热处理得到的。该石墨烯膜具有良好的柔韧性和散热功能，可广泛应用于折叠手机和可穿戴设备中。

【技术实现步骤摘要】
一种柔性石墨烯膜及其制备方法
本专利技术属于材料合成和应用
，具体涉及利用添加剂对氧化石墨烯浆料进行修饰的制备工艺，制备得到柔性石墨烯膜。
技术介绍
石墨烯是一种仅由碳原子组成的六角形蜂巢晶格的二维纳米材料结构。自从发现以来，由于其具有卓越的力学、光学、电学、热学性能而引起广泛的关注和研究。氧化石墨烯(GO)是石墨烯对应的氧化物，是在石墨烯片层上衔接上羟基、羧基、羰基和环氧基等含氧官能团。正因为氧化石墨烯片层中含有大量的官能团，使得氧化石墨烯片层与片层之间可以通过氢键作用等自组装堆叠形成了宏观尺寸的膜材料。氧化石墨烯膜经热还原后，得到具有一定柔性的石墨烯膜。然而，针对未来主流的柔性电子器件，现有的石墨烯膜的柔性无法满足其在折叠手机及可穿戴设备中的应用。因此，设计出具有高柔性的石墨烯膜是至关重要的。从经验以及已知的技术上说，用于制备柔性石墨烯膜的方法可以分为几类：第一，加入一维碳材料，如碳纳米管、碳纤维等。通过向氧化石墨烯分散液中加入碳纳米管分散液，搅拌均匀后涂覆成氧化石墨烯膜，再进行高温热处理得到碳纳米管与石墨烯复合的石墨烯膜。通过向氧化石墨烯中加入链状材料，其可以在石墨烯膜层间起到桥连作用，从而提高石墨烯膜的抗弯折和拉伸等力学性能。同时，一维碳材料可以在石墨烯片段搭接处形成导热通道，并可填充在石墨烯膜经热还原时形成的气囊空腔，明显改善石墨烯膜内部的导热通道，提升石墨烯膜的导热系数。然而，碳纳米管和碳纤维作为疏水碳材料，在氧化石墨烯分散液中的分散性较差，最后得到的石墨烯膜中碳管和碳纤维的分布不均、不能显著提升石墨烯膜的柔韧性。第二，利用大尺寸的氧化石墨烯片制备石墨烯膜。例如，高超教授在“UltrahighThermalConductiveyetSuperflexibleGrapheneFilms”中提到了使用大片径的氧化石墨烯来提高石墨烯膜的柔韧性。而大尺寸的氧化石墨烯制备工艺复杂，需要苛刻的氧化还原工艺条件，其制备方式仅仅局限于实验室阶段。第三，利用微褶皱来提升膜的柔韧性。16年石高全教授用宏观模板组装的方法在石墨烯膜表面创造了很多的巨大褶皱，做到了石墨烯膜的高褶皱拉伸，但是其需要弹性基底，操作比较麻烦，而且膜结构设计的不足使得其柔性尚不明确，限制了其在柔性器件方面的应用。因此，从规模化制备柔性石墨烯膜的角度而言，目前还没有成熟的方案能够应用于其产业化制备过程中。
技术实现思路
为了制备出一种具有高柔性的石墨烯膜，解决现有的导热膜柔性不佳、可折叠次数较少的问题。本专利技术中引入了有机分子来修饰氧化石墨烯(GO)，进一步制备柔性石墨烯膜。具体而言，即在涂膜前将有机分子与GO浆料共混搅拌均匀后，再涂膜干燥得到修饰后的GO膜。这种添加掺杂的方法，方便快捷，并且可调控性强，改性物质的选择面也比较广泛。这些改性物质可以插层在氧化石墨烯层间，增强了层间相互作用力，促使GO更容易自组装得到紧密堆叠的GO膜。最终制备的石墨烯膜，层间插层有提升柔韧性的物质，在弯折过程中起到提升强度抗弯曲的效果。为了实现上述专利技术目的，本专利技术采用的技术方案如下：本专利技术提供一种氧化石墨烯膜的制备方法，包括以下步骤：(1)将有机分子分散于溶剂中，得到修饰液；(2)将步骤(1)得到的修饰液缓慢加入到氧化石墨烯水性浆料中分散均匀，得到修饰后的氧化石墨烯浆料；(3)将步骤(2)得到的修饰后的氧化石墨烯浆料涂覆在基体上干燥，得到氧化石墨烯膜。作为优选，步骤(1)中，所述有机分子为聚丙烯腈、聚丙烯酸酯或聚丙烯酰胺；和/或所述有机分子的分子量为10000-200000；所述溶剂为去离子水、醇类、丙酮或N,N-二甲基甲酰胺。有机分子选择聚丙烯腈、聚丙烯酸酯或聚丙烯酰胺的理由为：所述有机分子由单体丙烯腈或其衍生物的单体经自由基聚合反应而得到，形成链状结构以连接石墨烯片与片之间，增强石墨烯膜内片层之间的相互作用力。作为优选，步骤(2)中，所述有机分子占氧化石墨烯干重的0.1-20％；优选所述有机分子占氧化石墨烯干重的1-10％；最优选所述有机分子占氧化石墨烯干重的5％；和/或所述氧化石墨烯水性浆料的重量百分比浓度为1-8％。作为优选，步骤(3)中，所述涂覆时的涂膜厚度为1-5mm；和/或所述干燥时的温度为60-120℃，干燥时间为30min-300min。作为优选，各步骤中所述分散均匀为采用搅拌、超声和震荡中的一种或者几种分散均匀。本专利技术还提供一种氧化石墨烯膜，是应用上述的方法制备得到的。本专利技术还提供一种柔性石墨烯膜的制备方法，包括以下步骤：(1)制备上述的氧化石墨烯膜；(2)将步骤(1)得到的氧化石墨烯膜进行热处理。作为优选，步骤(2)中，所述热处理为通过阶段热处理将氧化石墨烯膜还原成石墨烯导热膜，热处理阶段分为三段，第一段300℃～500℃，处理时间1h～10h，第二段升温至1000-1500℃热处理1h～10h，第三段升温至2000～3000℃热处理10h～30h。本专利技术还提供一种柔性石墨烯膜，是应用上述的方法制备得到的。本专利技术通过将有机分子添加到GO浆料中对GO进行修饰。这类物质可以插层在GO片层内，使它们在层间起到桥连片层的作用，增强了GO片层之间的相互作用力，促使氧化石墨烯自组装得到紧密堆叠良好的GO膜，经过热处理后附着在层间，最终制备的石墨烯导热膜层间插层有添加物，例如聚丙烯腈等，增强了制备石墨烯膜的柔韧性，即提升了石墨烯膜的抗弯折性。与此同时，制备的石墨烯膜保持了原本石墨烯膜的高导热系数，能够在柔韧器件领域起到良好的散热性能。本专利技术的柔韧性良好的石墨烯导热膜，可广泛应用于折叠手机和可穿戴设备中。扩展了石墨烯导热膜在柔性电子器件领域的应用，提高了石墨烯导热膜的市场占有率。附图说明附图用来提供对本专利技术的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本专利技术的实施例一起用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的限制。在附图中：图1为实施例1制备的柔性石墨烯膜弯折20,000次后的光学照片。图2为实施例2制备的柔性石墨烯膜弯折20,000次后的光学照片。图3为实施例3制备的柔性石墨烯膜弯折30,000次后的光学照片。图4为实施例4制备的柔性石墨烯膜弯折40,000次后的光学照片。图5为实施例5制备的柔性石墨烯膜弯折200,000次后的光学照片。图6为实施例6制备的柔性石墨烯膜弯折20,000次后的光学照片。图7为实施例7制备的柔性石墨烯膜弯折20,000次后的光学照片。图8为实施例8制备的柔性石墨烯膜弯折20,000次后的光学照片。图9为对比例1制备的石墨烯膜弯折20,000次后的光学照片。图10为对比例2制备的石墨烯膜弯折20,000次后的光学照片。具体实施方式以下的实施例便于更好地理解本专利技术，但并不限定本专利技术。下述实施例中的实验方法，如无特殊说明，均为常规方法。下述实施例中所用的试验材料本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种氧化石墨烯膜的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：/n(1)将有机分子分散于溶剂中，得到修饰液；/n(2)将步骤(1)得到的修饰液缓慢加入到氧化石墨烯水性浆料中分散均匀，得到修饰后的氧化石墨烯浆料；/n(3)将步骤(2)得到的修饰后的氧化石墨烯浆料涂覆在基体上干燥，得到氧化石墨烯膜。/n

【技术特征摘要】
1.一种氧化石墨烯膜的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)将有机分子分散于溶剂中，得到修饰液；
(2)将步骤(1)得到的修饰液缓慢加入到氧化石墨烯水性浆料中分散均匀，得到修饰后的氧化石墨烯浆料；
(3)将步骤(2)得到的修饰后的氧化石墨烯浆料涂覆在基体上干燥，得到氧化石墨烯膜。


2.根据权利要求1所述的一种氧化石墨烯膜的制备方法，其特征在于：步骤(1)中，所述有机分子为聚丙烯腈、聚丙烯酸酯或聚丙烯酰胺；和/或
所述有机分子的分子量为10000-200000；
所述溶剂为去离子水、醇类、丙酮或N,N-二甲基甲酰胺。


3.根据权利要求1所述的一种氧化石墨烯膜的制备方法，其特征在于：步骤(2)中，所述有机分子占氧化石墨烯干重的0.1-20％；优选所述有机分子占氧化石墨烯干重的1-10％；最优选所述有机分子占氧化石墨烯干重的5％；和/或
所述氧化石墨烯水性浆料的重量百分比浓度为1-8％。


4.根据权利要求1所述的一种氧化石墨烯膜的制备方法，其特征在于：步骤(3)中...

【专利技术属性】
技术研发人员：王仕东，方钢，徐阳，康丽敏，唐润理，吴艳红，瞿研，
申请(专利权)人：南通第六元素材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32