石墨烯-基材复合结构及其制备方法技术

本发明专利技术公开一种石墨烯

【技术实现步骤摘要】
石墨烯
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基材复合结构及其制备方法


[0001]本专利技术涉及石墨烯的制备
，具体涉及石墨烯
‑
基材复合结构及其制备方法。

技术介绍

[0002]石墨烯具有优异的性质，例如极高的电导率、最高的热导率、巨大的比表面积、极高的杨氏模量等。石英材料具有耐高温绝缘、耐烧蚀、耐腐蚀、隔热透波、优良的介电性能和良好的化学稳定性。在石英材料，例如石英玻纤等柔性材料上沉积高质量的石墨烯，可以集合两种材料的优良性能，具有广阔的应用前景。目前石墨烯在石英纤维、石英纤维布等上的沉积工艺为静态、不连续工艺，导致多批次生产工艺一致性不好控制。
[0003]为了实现石墨烯石英柔性材料的商业应用，如何低成本、大规模、高质量及连续性生产变得至关重要。

技术实现思路

[0004]为了克服上述缺陷，本专利技术的目的是提供一种石墨烯
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基材复合结构及其制备方法。
[0005]本专利技术提供一种石墨烯
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基材复合结构的制备方法，包括：将基材以一定速率连续通过化学气相沉积室，在所述化学气相沉积室内进行化学气相沉积将石墨烯沉积在所述基材上。
[0006]根据本专利技术的一实施方式，所述基材连续通过所述化学气相沉积室的速率是0.2～5cm/min。
[0007]根据本专利技术的另一实施方式，所述基材为柔性材料。
[0008]根据本专利技术的另一实施方式，所述基材为柔性石英材料。
[0009]根据本专利技术的另一实施方式，所述连续通过为所述基材从传送端卷材轮扯头穿过所述化学气相沉积室固定于收集端卷材轮，通过卷对卷传送、收集系统实现。
[0010]根据本专利技术的另一实施方式，在所述化学气相沉积室放置方形石英管，其中所述方形石英管的宽度为6～10cm、高度为3～10mm、长度大于等于化学气相沉积恒温区沿所述石英管长度方向的长度。
[0011]本专利技术还提供一种石墨烯
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基材复合结构，由上述方法制备。
[0012]本专利技术使基材连续通过化学气相沉积室进行石墨烯的沉积从而能够将石墨烯层连续沉积在基材表面，使石墨烯的生长不受基材长度的限制，可以实现石墨烯
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基材复合结构的连续、快速制备。并且，该方法重复性高，易保持不同批次工艺一致性。
附图说明
[0013]图1是本专利技术设计的生产石墨烯玻纤、石英材料的工艺过程简图。
[0014]图2A是实施例1制得的石墨烯
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石英纤维布复合结构的面点阻Mapping图。
[0015]图2B是对比例1制得的石墨烯
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石英纤维布复合结构的面点阻Mapping图。
[0016]图3A是实施例1制得的石墨烯
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石英纤维布复合结构的不同位置拉曼图。
[0017]图3B是对比例1制得的石墨烯
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石英纤维布复合结构的不同位置拉曼图。
[0018]图4A是实施例2制得的石墨烯
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石英纤维布复合结构的面点阻Mapping图。
[0019]图4B是实施例2制得的石墨烯
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石英纤维布复合结构的不同位置拉曼图。
[0020]图5A是实施例3制得的石墨烯
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石英纤维布复合结构的面点阻Mapping图。
[0021]图5B是实施例3制得的石墨烯
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石英纤维布复合结构的不同位置拉曼图。
具体实施方式
[0022]下面结合具体实施方式对本专利技术作详细说明。
[0023]本专利技术的石墨烯
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基材复合结构的制备方法，包括：将基材以一定速率连续通过化学气相沉积室，在化学气相沉积室内进行化学气相沉积将石墨烯沉积在基材上。本专利技术使基材连续通过化学气相沉积室进行石墨烯的沉积从而能够将石墨烯层连续沉积在基材表面，使石墨烯的生长不受基材长度的限制，可以实现石墨烯
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基材复合结构的连续、快速制备。
[0024]在可选的实施方式中，基材连续通过化学气相沉积室的速率是0.2～5cm/min。当速率低于0.2cm/min时，基材在化学气相沉积室内停留时间较长，生长的石墨烯质量及均匀性较差；当速率高于5cm/min时，基材在化学气相沉积室内停留时间较短，活性炭物种在基材表面成核困难，难以形成石墨烯层。
[0025]在可选的实施方式中，基材为柔性材料。基材可以是任何适应于作为沉积石墨烯基底的柔性材料。例如，但不限于，柔性石英材料。柔性石英材料可以是，但不限于石英纤维、石英纤维布，也可以是氧化铝纤维、玄武岩纤维、碳化硅纤维等。
[0026]在可选的实施方式中，连续通过为基材从传送端卷材轮扯头穿过化学气相沉积室固定于收集端卷材轮，通过卷对卷传送、收集系统实现。当然本领域技术人员可以理解，本专利技术并不意在限定为上述连续通过的方式，任何适当的连续通过方式均能实现本专利技术的专利技术目的。
[0027]实现本专利技术方法的化学气相沉积(CVD)可以采用任何适当的步骤，以下以具体的实施方式来进一步解释本专利技术的专利技术构思。本领域技术人员可以理解，本专利技术并不意在限定为以下的方式。
[0028]如图1所示，首先将石英纤维布6由输送轮4侧引出穿过CVD反应室2及限阈细小的石英管，例如方形石英管3，固定在收集轮5上。对CVD反应室边抽真空边通入惰性气体形成保护气氛；向CVD反应室中引入碳源和/或惰性气体，启动传动装置，在所述CVD反应室中从而裂解反应在基底材料表面沉积石墨烯。限阈细小的石英管可以增加活性炭物种与基材的碰撞频率与接触时间，优选石英管的宽度为6～10cm、高度为3～10mm、长度大于等于化学气相沉积恒温区沿石英管长度方向的长度。
[0029]还可以包括CVD反应室提供能量的装置，例如加热炉1。加热炉1可以是马弗炉等。
[0030]在基材使用前可以进行清洁处理，以避免复合结构中包含过多的杂质，而影响性能。
[0031]用于上述方式的传动装置可以卷对卷匀速传动。传动轮(包括输送轮和收集轮)可
以是上下多排多个设置材料卷轮。传动方式可以是收集轮单动拉动输送轮从动或输送轮、收集轮相同线速度同步进行。当然也可以是输送轮和收集轮也可以是其他的设置方式。
[0032]CVD反应室内通入的惰性气体可以为氩气、氪气或氙气。碳源可以气态碳源、液态碳源或者固态碳源，例如选自烃、醇、醚、酮、酚中一种或多种。气态碳源可以是甲烷，乙烷，丙烷，丁烷，正戊烷，异戊烷，新戊烷，乙烯，丙烯，1
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丁烯，2
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丁烯，乙炔，丙炔，1
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丁炔，甲醚中的一种或多种。液态碳源可以是正己烷，2
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甲基戊烷，3
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甲基戊烷，2,2
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二甲基丁烷，2,3
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二甲基丁烷，正庚烷，2,2
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二甲基戊烷，2,3
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二甲基戊烷，3
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种石墨烯
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基材复合结构的制备方法，其特征在于，包括：将基材以一定速率连续通过化学气相沉积室，在所述化学气相沉积室内进行化学气相沉积将石墨烯沉积在所述基材上。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述基材连续通过所述化学气相沉积室的速率是0.2～5cm/min。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述基材为柔性材料。4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述基材为柔性石英材料。5.根据权利要求1所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘忠范，时鹏程，李隽良，程熠，亓月，
申请(专利权)人：北京大学，
类型：发明
国别省市：