[发明专利]一种石墨烯薄膜和连续生产石墨烯薄膜的方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种连续生产石墨烯薄膜的方法及装置，和由此方法制备的石墨烯薄膜。

背景技术

石墨烯具有由碳原子以sp²杂化轨道组成六角型呈蜂巢晶格的平面层状结构。石墨烯不仅具有较高的比表面积和多孔结构，还具有十分优异的导电性和力学性能，使其在多个领域的应用都吸引了国内外研究者的广泛关注。除此之外，石墨烯中单层碳原子排列紧密，且具有较高的热导率，是一种非常理想的散热材料。石墨烯薄膜作为一种柔性的散热体材料，可满足计算机、手持终端设备、LED照明灯等大功率设备的散热需求。

目前，制备石墨烯薄膜的方法主要有过滤沉积法、旋转涂覆法以及界面自组装的方法等。

但是这些方法限制了石墨烯薄膜的连续化生产，不易实现规模化地生产连续的石墨烯薄膜。不仅如此，现有技术在石墨烯薄膜生产过程的还原步骤中，通常使用化学试剂，例如水合肼的加热还原、钠-氨溶液在干冰浴条件下还原、硼氢化钠碱性条件下的还原、乙酸-氢碘酸溶液的还原等，这些过程一般来讲需要用到有毒的化学试剂，繁琐的实验步骤，消耗相当长的时间，而且在化学还原的过程中可能会引入更多杂质，影响其导热性能。

可以看出，需要改进石墨烯薄膜的生产方法，实现石墨烯薄膜的连续化生产并提供较高的导热性能。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术无法实现石墨烯薄膜连续化生产且还原步骤需要有毒化学试剂的缺陷，同时为了连续化生产得到的石墨烯薄膜具有好的导热系数，提供了一种石墨烯薄膜和连续生产石墨烯薄膜的方法及装置。

为了实现上述目的，本发明提供了一种连续生产石墨烯薄膜的方法，包括：(1)将氧化石墨烯溶液喷涂在连续移动的金属箔上，同时加热所述金属箔以使所述氧化石墨烯溶液成膜并至少部分进行还原，得到涂覆氧化石墨烯层的金属箔，所述氧化石墨烯层还含有石墨烯；(2)所述涂覆氧化石墨烯层的金属箔连续移动通过刻蚀溶液进行金属箔刻蚀，得到氧化石墨烯薄膜；(3)将所述氧化石墨烯薄膜连续移动经过清洗和干燥后，进行退火以完全转变为石墨烯薄膜。

本发明还提供了一种本发明方法制得的石墨烯薄膜，该石墨烯薄膜的导热系数为800-1300W/(m·K)。

本发明还提供了一种连续生产石墨烯薄膜的装置，该装置包括：第一卷轴1，用于释放金属箔；喷涂机2，用于将氧化石墨烯溶液喷涂在来自所述第一卷轴的金属箔上；第一加热台3，用于加热喷涂在金属箔上的氧化石墨烯溶液；第一玻璃槽4，用于盛装刻蚀溶液以刻蚀来自所述第一加热台的金属箔，得到氧化石墨烯薄膜；第二玻璃槽5，用于盛装清洗液以清洗来自所述第一玻璃槽的氧化石墨烯薄膜；第二加热台6，用于将来自所述第二玻璃槽的氧化石墨烯薄膜进行干燥；高温炉7，用于将来自所述第二加热台的氧化石墨烯薄膜在氩气存在下进行退火处理，得到石墨烯薄膜；以及第二卷轴8，用于收集来自所述高温炉的石墨烯薄膜；其中，第一卷轴1和第二卷轴8转动使金属箔、氧化石墨烯薄膜和石墨烯薄膜连续移动，实现石墨烯薄膜的连续生产。

本发明的方法中，利用连续移动的金属箔、涂覆氧化石墨烯层的金属箔和氧化石墨烯薄膜实现了连续化生产石墨烯薄膜。并且在喷涂氧化石墨烯溶液的同时进行加热处理，实现部分氧化石墨烯的还原，可以避免使用有毒化学试剂，并有利于后续高温条件下的退火处理不影响石墨烯薄膜的外观质量和导热性能。因此，在使用本发明的方法进行石墨烯薄膜的制备可以得到较为干净的石墨烯薄膜，不需要繁琐的处理化学试剂的过程。而且此连续生产方法制备的石墨烯薄膜可以具有良好的柔韧性和导热性，可作为高性能导热材料，导热系数可达到800-1300W/(m·K)。

本发明的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1为本发明提供的连续生产石墨烯薄膜的工艺流程示意图；

图2为实施例1中得到的氧化石墨烯薄膜与石墨烯薄膜的X射线衍射对比图；

图3为实施例1中得到的氧化石墨烯薄膜与石墨烯薄膜的拉曼光谱对比图；

图4为实施例1中得到的石墨烯薄膜的扫描电子显微镜图。

附图标记说明

1-第一卷轴，2-喷涂机，3-第一加热台，4-第一玻璃槽，5-第二玻璃槽，6-第二加热台，7-高温炉，8-第二卷轴

具体实施方式