[发明专利]石墨烯‑碳纳米管‑石墨烯复合结构及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于纳米材料制备技术领域，尤其涉及一种石墨烯-碳纳米管-石墨烯复合结构及其制备方法。

背景技术

碳纳米管作为一维纳米材料，重量轻，六边形结构连接完美，具有很多优异的力学、电学和化学性能。而石墨烯作为一种只有单原子层厚度的二维碳纳米材料，具有极高的载流子迁移率，良好的透光性和导电性，较好的半导体性，以及高的比表面积，在纳米电子器件，电极材料等领域具有广泛的应用前景。随着研究的深入，关于石墨烯与碳纳米管复合材料的研究逐渐浮现出来，目的能够发挥石墨烯和碳纳米管的各自优点，使两者的性能最大化。但现有技术往往是通过提供一个基底，基底上有一层石墨烯，再在石墨烯上面复合一层碳纳米管薄膜，除去基底，得到石墨烯/碳纳米管复合膜。此方法制备出的复合膜，碳纳米管薄膜暴露，容易被破坏，可操作性有限；石墨烯与碳纳米管之间属于简单的接触，接触面积有限，复合质量差，导致复合膜的力学性能、导电性受到很大的影响。而且作为一种储能材料，最重要的参数就是比表面积，石墨烯是现如今被报道的比表面积最大的材料，可是由于是单原子的平面结构，实际可用的比表面积其实很小。所以如果能把石墨烯与石墨烯的片层支撑开，这样可用的比表面积就会增加很多，所以本发明提供一种方法制备出石墨烯碳纳米管的层状复合结构。

发明内容

本发明的目的在于提供一种石墨烯-碳纳米管-石墨烯复合结构的制备方法，

本发明的目的还在于提供一种石墨烯-碳纳米管-石墨烯复合结构。

为解决上述一发明目的，本发明提供一种石墨烯-碳纳米管-石墨烯复合结构的制备方法，该方法包括以下步骤：

制备一基底：

将一自支撑的碳纳米管膜结构转移至一金属箔表面，在所述自支撑的碳纳米管膜结构远离所述金属箔的一表面覆盖一金属层；

在所述基底上生长石墨烯，形成基底和石墨烯复合结构；

刻蚀处理所述基底和石墨烯复合结构，去除所述金属箔和金属层，得到所述石墨烯-碳纳米管-石墨烯复合结构。

作为本发明的进一步改进，所述自支撑的碳纳米管膜结构为至少两层正交或其他不同方向交织的网络状可纺丝高取向碳纳米管薄膜。

作为本发明的进一步改进，所述可纺丝高取向碳纳米管薄膜通过可纺丝碳纳米管阵列拉膜制备。

作为本发明的进一步改进，“将一自支撑的碳纳米管膜结构转移至金属箔表面”步骤具体为：在所述金属箔上拉上至少两层正交或其他不同方向交织的可纺丝高取向碳纳米管薄膜，用有机溶剂处理，使所述自支撑的碳纳米管膜结构与所述金属箔形成良好的接触。

作为本发明的进一步改进，“在所述碳纳米管膜结构远离所述金属箔的一表面覆盖金属层”步骤具体为：通过物理气相沉积方法在所述自支撑的碳纳米管膜结构远离所述金属箔的一表面蒸镀一层厚度为50~500nm的金属层。

作为本发明的进一步改进，所述金属箔和金属层的材质相同，均为铜。

作为本发明的进一步改进，“形成基底和石墨烯复合结构”步骤具体为：将所述的基底放入管式炉中，抽真空，通入H₂，保持低压环境，在700℃~1000℃的温度下退火处理1~3小时。然后再向管式炉中通入碳源气体，在700℃~1000℃的温度下生长20~40分钟，以在所述金属箔和所述金属层上覆盖石墨烯，形成基底和石墨烯复合结构。

作为本发明的进一步改进，所述碳源气体为甲烷或乙烯或乙炔。

作为本发明的进一步改进，““刻蚀处理所述基底和石墨烯复合结构”步骤具体为：将所述基底和石墨烯复合结构放入FeCl3溶液中，使所述金属箔和所述金属层溶解。

为实现上述另一发明目的，本发明提供一种石墨烯-碳纳米管-石墨烯复合结构，其包括：彼此复合的自支撑的碳纳米管膜结构和石墨烯，其中，所述自支撑的碳纳米管膜结构为至少两层正交或其他不同方向交织的网络状可纺丝高取向碳纳米管薄膜构成，所述自支撑的碳纳米管膜结构具有第一表面以及与所述第一表面相对的第二表面，所述石墨烯完全覆盖所述自支撑的碳纳米管膜结构的第一表面及第二表面。

与现有技术相比，本发明采用自支撑的碳纳米管膜结构和石墨烯彼此复合形成的石墨烯-碳纳米管-石墨烯三明治结构，使得石墨烯-碳纳米管-石墨烯复合结构的力学性能和导电性能都得到提升，同时也解决了石墨烯-碳纳米管-石墨烯复合结构在生长、转移以及后期组装过程中遇到的复合结构易被破坏的问题，尤其复合结构中存在碳纳米管的骨架支撑，使得复合结构中石墨烯的比表面积得到了很大的提升，可以作为很好的能源储能材料。

附图说明