[发明专利]自支撑透明导电石墨烯薄膜的制备方法

说明书

本发明提供了自支撑透明导电石墨烯薄膜的制备方法，包括：用滤膜拉起一层氧化石墨烯A，得到材料I；在有机胺的水溶液中浸泡，制得材料II；用材料II拉起一层氧化石墨烯B，得到夹心复合材料；将所得夹心复合材料，用丙酮水溶液润湿至材料变软，然后用丙酮浸泡材料至其滤膜被完全溶解掉，得到材料IV；还原材料IV中的氧化石墨烯，得到自支撑透明导电的石墨烯薄膜。本发明使用了有机胺，去除基底的方法则是，先通过润湿起到“打孔”的作用，再更换溶剂体系彻底去除基底，使操作过程中薄膜不易破损，整体步骤简单，操作简易，制得的薄膜可以非常大和薄，同时具有高的透光性、良好的柔韧性和导电性。

技术领域

本发明涉及纳米材料技术领域，尤其涉及一种自支撑透明导电石墨烯薄膜的制备方法。

背景技术

传统的透明电极氧化铟锡（ITO）符合了电极对高效传输光能和传导电流的要求，具有较高的光透过率，低的方块电阻，然而，其造价高、脆性易碎、制备的光电器件易损坏的缺点，阻碍了特定领域的实际应用。

石墨烯是一种特殊的材料,具有sp2碳原子杂化轨道组成的六方晶格形式排列起来呈蜂巢晶格的平面层状结构，是目前发现最薄的二维材料。石墨烯薄膜作为最有潜力的替代传统透明电极的材料，在平面液晶显示以及太阳能电池的透明电极等实际应用上可大大降低生产成本，同时也可提高材料的柔韧性能。

目前，已经发现了很多关于制备石墨烯薄膜的方法，比如Langmuir-Blodgett法（简称LB法），该方法可用仪器（亦称LB仪器）在水面上重复制备石墨烯层。

《美国纳米》（ACS Nano, 2011年5卷7期6039页）报道了利用LB方法在玻璃片上制备出了石墨烯薄膜，另有很多文献披露运用LBL、喷涂旋涂以及气相沉积等方法在硅片、玻璃片以及铜片上生长石墨烯薄膜的方法。

但这些方法的基底无法去除，严重限制了薄膜材料的可转移性和可加工操作性，并且这些基底的表面会有很多的缺陷，致使制备的薄膜材料的厚度不均匀。

发明内容

针对目前现有技术的缺陷，本发明提供了一种自支撑透明导电石墨烯薄膜的制备方法，该方法可很好地去除基底，而且制备方法非常简便，制得的石墨烯薄膜机械性能、透光率、导电性都很好。

一方面，本发明提供了自支撑透明导电石墨烯薄膜的制备方法，包括以下步骤：

a. Langmuir-Blodgett法在水面上制得氧化石墨烯层；

b.用滤膜从水面上垂直拉起一层氧化石墨烯A，得到滤膜与氧化石墨烯A复合的材料I，经干燥处理（优选）或不干燥而进行下步操作，所述滤膜为混合纤维酯微孔滤膜（水系），即硝酸纤维和醋酸纤维制成的水系微孔滤膜，优选由硝酸纤维和二醋酸纤维制成（二醋酸纤维的重量比可为52%~57%，如上海兴亚净化材料厂的水系微孔滤膜产品）；滤膜孔径可为400-500nm，优选为450nm；

c.将b步所得材料I在有机胺的水溶液中浸泡，使氧化石墨烯A的表面共价连接有有机胺层，制得滤膜、氧化石墨烯及有机胺复合的材料II，所述有机胺为大分子聚合物或小分子有机物，且每个分子带有两个以上的氨基或亚氨基，如芳香胺或烷基胺，优选乙二胺、苯二胺或三聚氰胺；有机胺的浓度可为0.05-10 mg/mL，如0.2mg/mL；

d.用材料II从a步所述水面上垂直拉起一层氧化石墨烯B，干燥后，得到有机胺层与上下层的氧化石墨烯A和氧化石墨烯B共价连接的夹心复合材料；

e.任选地，重复步骤b-d，使有机胺与氧化石墨烯共价连接的夹心复合材料的层数增加；

f.将上步所得夹心复合材料，用丙酮水溶液润湿至材料变软，然后用丙酮浸泡材料至其滤膜被完全溶解掉，得到材料IV；此步操作至丙酮液呈澄清状态，可视为滤膜被完全溶解掉，也可通过检测材料IV外观尤其是透明度以确认；