[发明专利]自组装纳米金属或半导体颗粒掺杂石墨烯微片的制备方法及其用途

说明书

技术领域

本发明涉及一种激光加热法制备金属或半导体颗粒掺杂石墨烯微片的方法，其该掺杂石墨烯微片的用途包括制备高导电石墨烯磁性复合材料、功能电极和光催化剂等。 

背景技术

激光快速成型技术是20世纪80年代开始商品化的一种高新制造技术。自出现以来，就以全新的制造思想、迅速的产品制造速度、灵活多变的产品模型，受到了学术界和制造业的极大关注。快速成形技术适应了现代先进制造技术的发展需求，发展十分迅猛，在发达国家已经成为一个新的产业分支和先进制造技术的一门支柱产业。快速成型是一种创新技术，它可以在几个小时内利用三维CAD设计的图形直接生产出复杂零件。自从1988年第一台快速成型系统出现以后，超过二十种以上的系统被开发，每一种系统都有一些细小的差别。最初，这些系统应用于汽车和航空领域，之后在许多其它的领域，例如玩具、电脑、珠宝及医药等领域都得到了应用。 

石墨烯基纳米复合材料是近年来比较热门的研究对象。除了纳米金(Au)颗粒外，常用的石墨烯掺杂物质还有铂(Pt)、银(Ag)以及氧化物(如TiO2和ZnO等)--这些纳米尺度的掺杂材料统称为“催化剂粒子”。在该类新型复合结构中，石墨烯或者氧化石墨烯作为单一或多样“催化剂粒子”的载床，除了能有效地分隔和稳定“催化剂粒子”的空间分布，以及由此带来的区域选择性催化反应(纳米尺度)，而且由于石墨烯自身强大的电子储存和电子运送能力，这些催化效应能被进一步放大和多目标转移，形成“智能催化材料”。一个典型的例子是，科学家们用包含有TiO2和Pt两种纳米颗粒的还原氧化石墨烯来完成光催化水分解反应：在这个过程中，TiO2粒子在外部光子激发下对水进行氧化分解，产生电子通过石墨烯载床迅速传送到Pt粒子上，并促成H2的还原。由于石墨烯的高电子迁移率，整个光催化过程非常快速高效。事实上，纳米金属或半导体掺杂的石墨烯复合材料已经被尝试用在例如清洁纳米太阳能电池、燃料电池催 化剂、石墨烯储能应用等多个前沿领域。裹覆有银纳米线的石墨烯微片也已被证明是一种导电性极佳的应用复合材料。 

传统上石墨烯基纳米金属或半导体复合材料的制备方法有溶剂还原法和层层自组装法，不仅实验步骤复杂繁重，而且可控性不好，很难用到实际工业生产中去。 

发明内容

本发明的目的是解决上述不足提供一种激光加热法制备金属或半导体颗粒掺杂石墨烯微片的方法，其该掺杂石墨烯微片的用途包括制备高导电石墨烯磁性复合材料、功能电极和光催化剂等。 

实现本发明目的的技术方案是：一种自组装纳米金属或半导体颗粒掺杂石墨烯微片的制备方法，该方法包括将纳米金属或半导体颗粒受热有序化重组和将基底氧化石墨烯受热还原。 

上述的自组装纳米金属或半导体颗粒掺杂石墨烯微片的制备方法，优选具体包括如下步骤：(1)制备镀有金属或半导体膜的氧化石墨烯纸；(2)对步骤(1)制备的镀有金属或半导体膜的氧化石墨烯纸采用激光器进行快速扫描加热和图案化处理；(3)测试成品。 

上述的自组装纳米金属或半导体颗粒掺杂石墨烯微片的制备方法，优选的所述步骤(1)为将氧化石墨烯纸放入高真空蒸发镀膜机内，抽取真空后通入电流来加热底部放置的金属丝或半导体源材料，调节电流值至金属丝或半导体材料融化并向顶部放置的氧化石墨烯纸溅射；通过内置膜厚仪测得氧化石墨烯纸表面镀膜厚度达到目标厚度时，关掉电源并取出样品。 

上述的自组装纳米金属或半导体颗粒掺杂石墨烯微片的制备方法，优选的所述步骤(2)为将镀有金属或半导体膜的氧化石墨烯纸朝外放入石英管内，抽真空并随即通入高纯氢气；打开激光器，让激光聚焦在镀膜表面，利用打标软件进行快速扫描和图案化处理。 

上述的自组装纳米金属或半导体颗粒掺杂石墨烯微片的制备方法，优选的所述步骤(3)为待观察到激光打标后的图案表面金属或半导体膜已大部分脱落，裸露的氧化石墨烯也由黑色变为深灰色，取出成品，用拉曼光谱和显微镜进行观测。 

上述的自组装纳米金属或半导体颗粒掺杂石墨烯微片的制备方法，优选的所述抽取真空为抽取真空至10^-4Pa，调节电流使得镀膜的平均速率在1-2nm/s之间。 

上述的自组装纳米金属或半导体颗粒掺杂石墨烯微片的制备方法，优选的所述目标厚度为60纳米。 

上述的自组装纳米金属或半导体颗粒掺杂石墨烯微片的制备方法，优选的所述通入高纯氢气为通入高纯氢气，直到石英管内相对压强降到-0.05Pa。