[发明专利]一种制备大面积石墨烯及其复合薄膜的方法

说明书

技术领域

本发明属于石墨烯制备技术领域，更具体地，涉及一种制备大面积石墨烯及其复合薄膜的方法。

背景技术

随着现代技术的发展，为满足柔性柔性可携带电子器件（如可卷曲显示屏、可穿戴电子等）的设计和功率要求，制作超轻、柔性、安全的能量储存器件正成为人们的研究热点。石墨烯薄膜作为一种新型碳材料，由于其具有大比表面积、高机械性能、优异的电子传输能力以及相对惰性的电化学性质和较低成本等特征，从而有望在能量储存等多个领域获得广泛应用。

目前用于制备石墨烯薄膜的方法主要包括旋涂法、喷涂法、抽滤法以及化学气相沉积法（CVD）等，其中旋涂法作为实验室常用的操作方法，只能制备面积较小的石墨烯薄膜，而且所制得薄膜的厚度分布不均，对溶液要求也比较苛刻；喷涂法虽然可以制备较大面积的石墨烯薄膜，但操作步骤复杂、制备成本相对较高，不利于大规模的工业化生产；抽滤法同样面临抽滤时间长、薄膜面积受装置限制，难以大面积制备等问题；对于化学气相沉积法，虽然可以大面积合成石墨烯薄膜，但必须采用金属催化层并在金属催化衬底上合成石墨烯薄膜，合成温度一般在650℃以上，这样实际操作时，必须将在金属衬底上合成的大面积石墨烯薄膜转移到其他衬底上才可以使用，相应造成了实际生产中的不便。因此，在相关领域中亟需寻找一种更为完善的制备方法，以便能够以简单易行、便于操控的方式获得大面积石墨烯薄膜及其他复合产品。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种制备大面积石墨烯及其复合薄膜的方法，其中通过采用纸质基材作为氧化石墨烯及其复合膜层的中间载体，当其处于酸性环境下并由氢碘酸执行还原反应时，能够顺利执行石墨烯的还原过程，同时方便、快速地实现膜层的剥离以获得所需的大面积薄膜产品，以此方式可摆脱对高温条件或其他有毒还原试剂的依赖，并解决现有技术中大面积薄膜难以剥离的技术问题。

按照本发明的第一方面，提供了一种制备大面积石墨烯薄膜的方法，其特征在于，该方法依次包括下列步骤：

（a）将质量浓度为0.1mg/ml～10mg/ml的氧化石墨烯水溶液倾倒在平铺的纸质基材上，使其流动并在纸质基材的整个表面上形成一层均匀覆盖的膜层，然后执行烘干固化处理；

（b）将承载有氧化石墨烯膜层的纸质基材浸泡在摩尔浓度为0.5mol/L～2mol/L的盐酸、磷酸、醋酸或者硫酸中，在此过程中纸质基材在酸性环境下发生水解、同时与酸反应生成气泡，由此促使氧化石墨烯膜层自动脱离纸质基材；

（c）取出脱离后的氧化石墨烯膜层，并将其浸泡在质量分数为45%～55%的氢碘酸中执行还原反应，由此获得所需的大面积石墨烯薄膜产品。

按照本发明的第二方面，提供了一种制备大面积石墨烯薄膜的方法，其特征在于，该方法依次包括下列步骤：

（i）将质量浓度为0.1mg/ml～10mg/ml的氧化石墨烯水溶液倾倒在平铺的纸质基材上，使其流动并在纸质基材的整个表面上形成一层均匀覆盖的膜层，然后执行烘干固化处理；

（ii）将承载有氧化石墨烯膜层的纸质基材直接浸泡在质量分数为45%～55%的氢碘酸中执行还原反应，在此还原过程中，纸质基材发生水解同时与氢碘酸反应生成气泡，由此促使石墨烯膜层自动脱离纸质基材，并获得所需的大面积石墨烯薄膜产品。

按照本发明的第三方面，提供了一种制备大面积石墨烯/碳纳米管复合薄膜的方法，其特征在于，该方法依次包括下列步骤：

（1）向质量浓度为2mg/ml～8mg/ml的氧化石墨烯水溶液中加入多壁碳纳米管并执行超声分散获得混合液，其中氧化石墨烯与多壁碳纳米管的质量配比为2:1～5:1，将该混合液涂布于平铺的纸质基材上并在其整个表面上形成一层均匀覆盖的复合膜层，然后执行烘干固化处理；

（2）将承载有氧化石墨烯/碳纳米管复合膜层的纸质基材浸泡在质量分数为45%～55%的氢碘酸中执行还原反应，在此还原过程中，纸质基材发生水解同时与氢碘酸反应生成气泡，由此促使石墨烯/碳纳米管复合膜层自动脱离纸质基材，并获得所需的大面积石墨烯/碳纳米管复合薄膜产品。

按照本发明的第四方面，提供了一种制备大面积石墨烯/聚苯胺复合薄膜的方法，其特征在于，该方法依次包括下列步骤：

（A）向质量浓度为3mg/ml～6mg/ml的氧化石墨烯水溶液中加入聚苯胺纳米纤维并执行超声分散获得混合液，其中氧化石墨烯与聚苯胺纳米纤维的质量配比为2:1～4:1，将该混合液涂布于平铺的纸质基材上并在其整个表面上形成一层均匀覆盖的复合膜层，然后执行烘干固化处理；