[发明专利]一种高效制备高定向、高致密二维材料薄膜的方法

权利要求书

1.一种高效制备高定向、高致密二维材料薄膜的方法，其特征在于：该方法采用内表面光滑的圆型管作为浇铸模具，模具高速沿圆周方向旋转时将含有二维材料的溶液倒入模具中，利用离心力将溶液均匀涂覆在模具内表面，在离心旋转的过程中，一方面由于液层间的相对运动，形成促使二维材料在溶液中沿圆周方向层层定向规则排列的剪切力，另一方面离心力促使二维材料高致密堆积，进而得到高度定向、高致密的二维材料薄膜，具体步骤如下：

（1）浇注模具的旋转：将内表面光滑的圆管状模具高速绕轴线旋转，圆管状模具的转速范围为100 r/min～50000r/min，形成将溶液均匀粘附在模具内壁上的离心力；

（2）含二维材料溶液的浇铸：将含有二维材料的溶液加入到上述高速旋转的模具内部，通过离心力使溶液均匀涂覆在模具内壁上，在离心旋转过程中，利用相邻液层的相对运动，促使溶液中的二维材料沿圆周方法层层定向排列，利用离心力使二维材料致密堆积，含有二维材料的溶液浓度范围0.1mg/ml~100mg/ml；

（3）溶液的蒸干：在离心旋转过程中，采用加热辅助的方式促进浇铸得到的薄膜中溶剂的蒸发；

（4）薄膜的剥离：采用机械剥离的方法将薄膜从模具内壁剥离下来，得到高度定向、高致密的二维材料的薄膜制品。

2.按照权利要求1所述的高效制备高定向、高致密二维材料薄膜的方法，其特征在于，圆管状模具的材质是石英玻璃、陶瓷、高分子、金属之一种或两种及以上的复合，其内径为50mm～1000mm。

3.按照权利要求1所述的高效制备高定向、高致密二维材料薄膜的方法，其特征在于，采用的二维材料是指厚度在100纳米以下且横向尺寸与厚度比远大于1的材料，包括但不限于石墨烯、氧化石墨烯、氢化石墨烯、氟化石墨烯、六方氮化硼、二硫化钼、二硫化钨、二硒化钼、二硒化钨、黑磷烯、Mxenes之一种或两种及以上复合。

4.按照权利要求1所述的高效制备高定向、高致密二维材料薄膜的方法，其特征在于，该方法制备二维材料的复合材料薄膜，与二维材料复合的材料为有机高分子材料或无机材料之一种或两种及以上的复合；有机高分子材料包括但不限于聚乙二醇、聚氨酯、聚二甲基硅烷、纳米纤维素、环氧、聚乙烯或天然橡胶，无机材料包括但不限于与前者不同的二维材料、碳纳米管、富勒烯、炭黑、纳米非金属、纳米氧化物或纳米金属。

5.按照权利要求1所述的高效制备高定向、高致密二维材料薄膜的方法，其特征在于，二维材料或其复合材料的溶液采用连续加料或一次性加料的方式加入到浇铸模具中；在浇铸过程中，含有二维材料的溶液成分和浓度按需改变，进而获得在厚度方向由不同二维材料的薄膜构成的垂直叠层异质结构薄膜或者厚度方向二维材料的含量逐渐变化的梯度复合材料。

6.按照权利要求1所述的高效制备高定向、高致密二维材料薄膜的方法，其特征在于，辅助加热温度在25℃～500℃。

7.按照权利要求1所述的高效制备高定向、高致密二维材料薄膜的方法，其特征在于，得到的二维材料或其复合材料的薄膜直接从模具上剥离下来，对模具没有损伤，重复利用。

8.按照权利要求1所述的高效制备高定向、高致密二维材料薄膜的方法，其特征在于，得到的二维材料或其复合材料的薄膜呈三维立体的管状，切割成平面膜、环状膜或沿圆周方向切割成完整的带状膜，或通过加捻制备石墨烯纤维。

9.按照权利要求1所述的高效制备高定向、高致密二维材料薄膜的方法，其特征在于，通过使用模板直接制备图形化的高定向、高致密的二维材料薄膜。