[发明专利]一种石墨烯-碳纳米管复合玻璃的制备方法

说明书

本发明公开了一种石墨烯‑碳纳米管复合玻璃的制备方法，所述方法包括以下步骤：1)将低软化温度玻璃超声清洗；2)将清洗后的低软化温度玻璃置于高温管式炉中，向反应腔内通入Ar和H₂，将反应腔升温至990℃‑1060℃；3)对低软化温度玻璃进行退火，待金属元素被还原至玻璃表面后，向反应腔内通入碳源性气体进行石墨烯‑碳纳米管复合薄膜生长，生长时间为0.5‑5h；4)石墨烯‑碳纳米管复合薄膜生长结束后，关闭碳源性气体，温度降至室温后关闭Ar/H₂，即得到石墨烯‑碳纳米管复合玻璃。本发明能够在保证石墨烯玻璃高光透过率前提下，得到低面电阻透明导电玻璃，其热稳定性以及化学稳定性要远远优于常见ITO玻璃。

技术领域

本发明属于功能材料领域，具体地，本发明涉及一种采用低软化温度玻璃为生长基底，以甲烷或者乙醇等为前驱体，利用玻璃中含有的微量金属元素，通过化学气相沉积技术(CVD)，直接在低软化温度玻璃上生长石墨烯-碳纳米管复合物的薄膜，从而获得高稳定性的透明导电玻璃。

背景技术

玻璃具有良好的透光性、较高的机械强度、高化学稳定性、低电导率、低热导率、成本低廉等特点，是一种已经被广泛应用在社会生活方方面面的传统材料。而石墨烯由于室温下载流子迁移率高、高比表面积、高热导率、高强度、化学稳定性好等其他材料难以比拟的优势。将石墨烯与玻璃完美结合，发展出一种新型复合材料-石墨烯玻璃，在继承了玻璃透明性好、机械强度高等传统优点的同时，又赋予了玻璃表面疏水、超高导电性和导热性等优异特性。一方面能够极大地提高玻璃产品的性能和科技附加值，推动玻璃产业的产品升级，另一方面能够为石墨烯的产业化应用提供一条切实可行的途径。

玻璃表面直接生长石墨烯存在的技术瓶颈为：玻璃自身催化碳前驱体裂解的能力很弱，碳前驱体主要依靠热裂解，以至于石墨烯在玻璃表面的成核和生长都较为困难。已经发展的石墨烯玻璃制备技术目前主要存在的缺点在于玻璃表面生长得到石墨烯畴区一般在几十到几百纳米，最大不过几个微米，即使拼接成膜，表面面电阻仍然较高，从而实际上限制了石墨烯的优良导电性能，严重影响了石墨烯玻璃未来的产业化应用。

发明内容

本发明的目的是提供一种石墨烯-碳纳米管复合玻璃的生长方法，以低软化温度玻璃(如普通的钠钙玻璃)为生长基底，利用玻璃中自身含有的金属元素进行催化，直接一步生长得到石墨烯-碳纳米管复合薄膜。其中碳纳米管与石墨烯结合紧密，碳纳米管可以帮助载流子跨越石墨烯的晶界进行传输，与之前的石墨烯玻璃制备方法相比，本发明制备出的石墨烯-碳纳米管复合玻璃在透光性、导电性、导热性等方面均能表现出更好的性能，而且更有利于解决石墨烯玻璃生产工艺与批量生产浮法玻璃工艺的兼容性问题。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种石墨烯-碳纳米管复合玻璃的批量生长方法，所述方法包括以下步骤：

1)将低软化温度玻璃超声清洗；

2)将清洗后的低软化温度玻璃置于高温管式炉中，向反应腔内通入Ar和H₂，将反应腔升温至990℃-1060℃；

3)低软化温度玻璃进行退火，待金属元素被还原至玻璃表面后，向反应腔内通入碳源性气体进行石墨烯-碳纳米管复合薄膜生长，时间为0.5-5h；

4)石墨烯生长结束后，关闭碳源性气体，温度降至室温后关闭Ar/H₂，即得到石墨烯-碳纳米管复合玻璃。

在本发明中，低软化温度玻璃普通玻璃为包括钠钙玻璃、彩色玻璃在内的各种低软化温度玻璃，最终生长得到石墨烯-碳纳米管复合玻璃面电阻可达到2.5kΩ/sq。

优选地，所述步骤1)中，将低软化温度玻璃依次置于丙酮、乙醇、去离子水中超声清洗10分钟，用氮气吹干，完成低软化温度玻璃清洗。