CN102009976A - 一种石墨烯薄膜的制备方法 - Google Patents

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尹奎波
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Abstract

一种石墨烯薄膜的制备方法，将氧化石墨或可膨胀石墨放入加热炉中，然后迅速升温至700℃~1500℃，并维持0.5~30min，自然冷却，得到絮状的石墨，取一定量絮状石墨直接或研磨成粉放入盛有液体的烧杯中，静置或搅拌或超声，然后静置一段时间，即可在液面上形成石墨烯薄膜。本方法利用高温还原氧化石墨所得的石墨烯作为成膜原料，具有还原效果好，薄膜导电性好的优点，同时利用石墨烯和液体的表面张力之间的相互作用，得到了非常薄的薄膜，透明性非常好。

Description

一种石墨烯薄膜的制备方法
 
技术领域
本发明属于石墨稀制备技术领域，具体涉及一种石墨烯薄膜的制备方法。
 
背景技术
随着石墨烯的发现，其优异的电学性质、力学性质、热学性质和磁学性质引起了人们的广泛关注。同时制备石墨烯的方法也层出不穷，主要有微机械剥离法（Novoselov KS, Geim AK, Morozov SV, Jiang D, Zhang Y, Dubonos SV et al.  Science 2004，306, 666）、化学法（Stankovich S, Dikin DA, et al. Carbon 2007，45, 1558）和外延生长（Kim KS, Zhao Y, et al. Nature 2009，457, 706）。石墨烯薄膜具有诸多优异性质，正因为此出现了诸多制备薄膜的方法。其中外延法和CVD法（Hofrichter J, et al. Nano Lett. 2010, 10, 36; Lee YB, Bae SK, et al. Nano Lett. 2010, 10, 490），可以得到层数较少且性能非常好的薄膜，但其制备条件苛刻，成本较高且薄膜难于剥离；另外，利用氧化石墨的亲水性，可以先通过旋涂的方法得到氧化石墨薄膜，进而再用肼蒸汽将其还原。该方法所得的石墨烯薄膜厚度相对来说，还是有点厚，同时导电率明显降低（Eda G, Fanchini G, et al. Nature Nanotec. 2008, 3, 270）。
 
发明内容
发明目的：本发明提供一种石墨烯薄膜的制备方法，该方法得到的石墨稀薄膜厚度薄，透明度高。
技术方案：一种石墨烯薄膜的制备方法，将氧化石墨或可膨胀石墨放入加热炉中，然后迅速升温至700℃~1500℃，并维持0.5~30min，自然冷却，得到絮状的石墨，取絮状石墨直接或研磨成粉放入盛有液体的容器中，静置或搅拌或超声，然后静置一段时间，即可在液面上形成石墨烯薄膜。
所述的加热炉可以为马弗炉、真空管式炉或快速热退火炉；炉体气氛为大气、氮气、氢气或氩气；炉体气压为一个大气压或者负压。
升温速率控制在1℃/s~300℃/s。
所盛有的液体为：水、乙醇、甲醇、丙酮、乙二醇及离子液体中的一种或任意几种混合物。
液体的温度在-10~100℃。
有益效果：与现有技术相比，本发明具有以下特点：
本方法利用高温还原氧化石墨所得的石墨烯作为成膜原料，具有还原效果好，薄膜导电性好的优点，同时利用石墨烯和液体的表面张力之间的相互作用，得到了非常薄的薄膜，透明性非常好。
本发明将絮状的石墨烯洒在液面上，利用液体表面能及石墨烯表面能的相互关系，可以得到非常薄透明度极高的石墨烯薄膜，同时随着容器尺寸的不同，还可以得到不同尺寸的薄膜，所有这些特征为石墨烯的应用，提供了广阔的空间。
 
附图说明
图1为用铜网捞取的薄膜的透射电子显微镜的照片，可看出，薄膜呈透明状，非常薄，同时还有很多皱褶，表面积相当大。皱褶的形成部分原因可能是铜网捞取后，由于表面张力的收缩作用所致；
图2为该薄膜的更大放大倍数的透射电子显微镜照片，更加进一步证明了薄膜的厚度。
 
具体实施方式
以下结合实例对本发明作进一步的描述：
实施例1
第一步， 在三角烧瓶中加入46mL浓硫酸，并置于0±1℃的冰浴中，然后缓慢加入2g可膨胀石墨和1g硝酸钠，接着分四次加入6g高锰酸钾（时间间隔为十五分钟），完成后将三角烧瓶移至室温下，放置16h（不停的搅拌），接着用针筒缓慢连续的加入92mL水且将温度升高至98℃维持15min；结束后用温水稀释至280mL，并加入6mL 30%wt的双氧水；接下来就是趁热清洗，首先用5%wt的稀盐酸清洗7次以除去硫酸根离子，接着再用去离子水清洗7次以除去氯离子并用硝酸银检验；最后就是在60℃下进行15h的干燥；
第二步， 将干燥的氧化石墨放在石英舟上，并送入石英管中，打开氮气阀门，向管式炉的石英管中通入氮气10min，接着以10℃/s的升温速率快速升温到1300℃，并维持5min，接着快速降温到500℃以下，停止通入氮气并自然冷却。
第三步， 将得到的絮状石墨烯洒于烧杯中的水面上，并轻轻搅拌，即可形成石墨烯薄膜如图1、2所示。
 
实施例2 
制备方法基本同实施例1，不同之处在于，将氧化石墨换成了膨胀石墨，得到的还原后的石墨烯，洒于水面上可得到类似于图1所示的结果。
 
实施例3
制备方法基本同实施例1，不同之处在于，石英管不是充满氮气，而是抽成真空，得到的石墨烯。
 
实施例4
制备方法基本同实施例1，不同之处在于，升温速率由10℃/s变为50℃/s，得到的石墨烯形成的薄膜类似于图1、2所示的结果。
 
实施例5
制备方法基本同实施例4，不同之处在于，维持温度由1300℃变为1100℃，同样得到图1所示的类似结果。
 
实施例6
制备方法基本同实施例1，不同之处在于，烧杯中的水被变成了离子液体，同样得到图1所示的类似结果。
 
实施例7
制备方法基本同实施例6，不同之处在于，离子液体换成了有机溶剂乙醇，得到了类似于图1所示的结果。
实施例8
一种石墨烯薄膜的制备方法，将氧化石墨或可膨胀石墨放入加热炉中，然后迅速升温至700℃~1500℃，并维持0.5~30min，自然冷却，得到絮状的石墨，取絮状石墨直接或研磨成粉放入盛有液体的容器中，静置或搅拌或超声，然后静置一段时间，即可在液面上形成石墨烯薄膜。所述的加热炉可以为马弗炉、真空管式炉或快速热退火炉；炉体气氛为大气、氮气、氢气或氩气；炉体气压为一个大气压或者负压。升温速率控制在1℃/s~300℃/s。所盛有的液体为：水、乙醇、甲醇、丙酮、乙二醇及离子液体中的一种或任意几种混合物。液体的温度在-10~100℃。

Claims (5)

1.一种石墨烯薄膜的制备方法，其特征在于：将氧化石墨或可膨胀石墨放入加热炉中，然后迅速升温至700℃~1500℃，并维持0.5~30min，自然冷却，得到絮状的石墨，取絮状石墨直接或研磨成粉放入盛有液体的容器中，静置或搅拌或超声，然后静置一段时间，即可在液面上形成石墨烯薄膜。
2.根据权利要求1所述石墨烯薄膜的制备方法，其特征在于：所述的加热炉可以为马弗炉、真空管式炉或快速热退火炉；炉体气氛为大气、氮气、氢气或氩气；炉体气压为一个大气压或者负压。
3.根据权利要求1所述石墨烯薄膜的制备方法，其特征在于：升温速率控制在1℃/s~300℃/s。
4.根据权利要求1所述石墨烯薄膜的制备方法，其特征在于：所盛有的液体为：水、乙醇、甲醇、丙酮、乙二醇及离子液体中的一种或任意几种混合物。
5.根据权利要求1所述石墨烯薄膜的制备方法，其特征在于：液体的温度在-10~100℃。
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