【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于高性能新材料制备技术，涉及一种制备独立自支撑超薄石墨烯膜的方法。
技术介绍
1、近年来，随二维材料的不断发展，将二维纳米材料用于制备高性能薄膜已成为膜
的一个前沿研究方向。纳米复合材料既具有高分子材料的韧性和易加工性又具有纳米材料的刚性和特殊性能。这是有机高分子材料发展的一个重要方面,也是材料科学发展中一个新兴的功能材料。其中纳米复合膜在液体分离膜、气体分离膜、质子交换膜等方面发挥着重要作用。氧化石墨烯作为石墨烯的前驱体，具有优异的亲水性、电学、力学特性，有望赋予纳米复合膜优异的性能。但受限于缺陷和单原子层厚度，具有纳米级厚度、高结晶石墨烯膜更能体现石墨烯的体相特点，例如低剂量、高灵敏度x射线探测器。
2、常见的制备超薄氧化石墨烯复合膜的方法有：抽滤法、刮涂法、纺膜法、喷涂法、旋涂法等。其中就抽滤法而言，其抽滤的对象多为二维片，抽滤，对象有限，同时其制备的膜不能大面积制备。刮涂法、喷涂法、旋涂法等制备的膜干燥过程比较长且无法和基底快速分离，同时也难保证均匀性。由于流道尺寸的精密度、操作方法的难度和溶剂表面张力的作用，纺膜法制备的膜可连续但是无法制备纳米级别的薄膜。因此，亟需制备一种可连续制备的厚度精确可控的超薄石墨烯膜的方法。
技术实现思路
1、本专利技术针对现有技术的不足，提供一种制备独立自支撑超薄石墨烯膜的方法，其利用可分相聚合物不溶解于水的特性，使超薄湿膜接触水的同时发生溶剂与水的快速交换，聚合物分子链接触水分子瞬间发生分相固化，阻止氧化石墨烯
2、具体的，本专利技术采用如下技术方案：
3、(1)将氧化石墨烯与聚合物分散于溶剂x中，形成混合溶液，在基底上涂敷成初生膜，厚度在100μm以下；聚合物与氧化石墨烯的质量比为9:1～5:5；
4、(2)将载有初生膜的基底以一定角度插入到水相凝固浴中，初生膜迅速分相成型从基底剥离，得到复合膜，悬浮于所述水相凝固浴表面；
5、(3)用多孔基底将超薄复合膜转移到易挥发溶剂中；
6、(4)浸润后将膜与基底转移出，烘干后薄膜自动脱离收集，得到独立支撑的超薄石墨烯膜。
7、进一步地，所述(1)聚合物溶于溶剂x，且不溶于所述水相凝固浴，所述水相凝固浴为水或水与溶剂x的混合溶液；水相凝固浴中，水的体积分数在70％以上。
8、进一步地，所述(1)聚合物为聚丙烯腈(pan)，高分子木质素，聚醚砜(pes)，聚砜(ps)，偏氟乙烯(pvdf)等。
9、进一步地，所述(1)溶剂x为dmf，dmac、nmp等。
10、进一步地，所述(1)所述溶液的固含量在1wt％～2wt％。
11、进一步地，所述(1)基底为聚对苯二甲酸乙二醇酯(pet)、聚乙烯(pe)、聚丙烯(pp)、二氧化硅(sio2)、硅片、氧化铝等常见材料的平整基底。
12、进一步地，所述(1)涂敷方法为使用mayer棒刮涂。
13、进一步地，所述(2)插入角度在0～45°之间(不包含端点)。
14、进一步地，所述(3)易挥发溶剂包括异丙醇、乙醇、乙酸乙酯等表面张力小的溶剂。
15、进一步地，所述(3)多孔基底为滤网(目数小于500)、pecvd、磨砂纸和非常粗糙的石墨版制成的网等粗糙的材料，平均粗糙度大于10μm。
16、本专利技术中，还包括将步骤(4)得到的独立自支撑的石墨烯复合膜置于石墨炉中，氩气保护下，2800-3200℃处理2小时以上，得到完全石墨化的超薄石墨烯膜。
17、(5)将独立自支撑的石墨烯复合膜至于石墨炉中，氩气保护下，2800-3200℃处理2小时以上，得到完全石墨化的超薄石墨烯膜。
18、本专利技术的有益效果在于：
19、利用聚合物具有在水中快速固化成型的能力，借助水表面张力辅助剥离，通过置换表面张力小易挥发的溶剂和利用多孔粗糙接触面积小的基底减少界面亲和能，有利膜分离。基于这些简单清洁的方法得到了无褶皱的超薄复合膜。这种方法首次实现了液面的成型剥离，摆脱了对基底种类和属性的依赖性。该方法制备的复合氧化石墨烯纳米膜在任意表面平整基底都可以使用，不需要考虑基底与膜的相互作用。
20、本专利技术同时也实现了超薄独立自支撑氧化石墨烯纳米膜的大规模制备，快速成型，减少了膜干燥的等待时间，也不会对膜和基底有破坏，保证了膜的完整性。通过进一步设计插膜、捞膜的连续化设备，可以实现大规模连续化生产。
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1.一种制备独立自支撑超薄石墨烯膜的方法，所述石墨烯膜由氧化石墨烯和聚合物复合制备而成，所述复合膜的厚度在25nm-500nm；其特征在于，所述方法至少包括：
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，采用加热设备将步骤2得到的悬浮于所述水相凝固浴表面的复合膜烘干。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述聚合物为聚丙烯腈(PAN)，高分子木质素，聚醚砜(PES)，聚砜(PS)，偏氟乙烯(PVDF)等。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述溶剂X为二甲基甲酰胺(DMF)、二甲基乙酰胺(DMAC)或N-甲基吡咯烷酮(NMP)。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(1)中混合物的固含量在1wt％～2wt％。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(1)涂敷方法为使用Mayer棒刮涂。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(2)插入角度在20～45°之间。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(3)中易挥发溶剂包括异丙醇、乙醇、乙酸
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(3)中采用目数小于500的滤网、磨砂纸或粗糙度大于10μm的石墨板，将复合膜吸附，以转移到易挥发溶剂中。
10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括将步骤4得到的独立自支撑的石墨烯复合膜置于石墨炉中，氩气保护下，2800-3200℃处理2小时以上，得到完全石墨化的超薄石墨烯膜。
...【技术特征摘要】
1.一种制备独立自支撑超薄石墨烯膜的方法，所述石墨烯膜由氧化石墨烯和聚合物复合制备而成，所述复合膜的厚度在25nm-500nm；其特征在于，所述方法至少包括：
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，采用加热设备将步骤2得到的悬浮于所述水相凝固浴表面的复合膜烘干。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述聚合物为聚丙烯腈(pan)，高分子木质素，聚醚砜(pes)，聚砜(ps)，偏氟乙烯(pvdf)等。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述溶剂x为二甲基甲酰胺(dmf)、二甲基乙酰胺(dmac)或n-甲基吡咯烷酮(nmp)。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(1)中混合物的固含量在1wt％～2wt％。<...
【专利技术属性】
技术研发人员：彭蠡，罗诗雨，韩占坡，高超，
申请(专利权)人：杭州德烯科技集团有限公司，
类型：发明
国别省市：
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