[发明专利]一种基于碳管‑石墨烯相互穿插薄膜的制备方法及其产品

说明书

技术领域

本发明属于石墨烯薄膜领域，涉及一种基于碳管-石墨烯相互穿插薄膜的制备方法及其产品。

背景技术

超薄、超轻、高导电性的稳定韧性薄膜在各种电化学的能源领域具有广泛的应用市场，为此，研究人员开发了大量基于非金属材料的薄膜。碳类材料的薄膜因其组成形式丰富多彩、性质稳定、来源丰富和廉价的特点，适用于大批量的工业化使用，因此在各种领域受到广泛关注。此外，碳基薄膜往往具有高的电导率，其作为各类电化学领域的集流体有利于提高电化学器件的整体性能。然而，在实际应用中，由于碳基薄膜的制作工艺复杂、成本较高、与金属薄片比较综合性能较差的特征，使其很难满足现实中更高的应用要求。一维碳纳米管和二维石墨烯不仅具有高电导率和比表面积，而且由于其结构特点可制备成超薄、超轻、韧性的材料，因此制备成的薄膜具有较大的应用前景。

文献[Energy Environ.Sci.,2014,7,3709–3719]报导了石墨烯-碳纳米管的薄膜，该文通过在泡沫金属作为框架气相沉积生长石墨烯，再用酸除去金属基底获得自支撑的石墨烯膜，然后在石墨烯膜上沉积镍钴金属催化剂，再气相沉积成长碳纳米管，最后石墨烯-碳管薄膜，由于碳纳米管在石墨烯表面直接生长，石墨烯-碳管复合膜的电导率达到178S/m，高于石墨烯的薄膜101S/m。但是这种石墨烯-碳管复合膜，合成步骤繁多，成本较高；此外，这种以气相沉积生长的石墨烯泡沫结构的抗压强度较低，不适用于作为高强度的膜材料，且增加了接触电阻。制备工艺复杂，成本增加，不具有实用价值。

文献[ACS Nano,2015,9,2,2018]报导了石墨烯-碳纳米管的薄膜，该技术通过溶液相混合法，以十六烷基三甲基溴化铵为表面活性剂分散碳纳米管，通过正负电荷的静电作用，抽滤成薄膜，然后在高温下加入氢氧化钾煅烧刻蚀及还原，最后酸除金属氧化物杂志制备出石墨烯-碳纳米管的薄膜，鉴于表面活性剂分散的碳纳米管对石墨烯的分散作用，高温煅烧以及氢氧化钾还原作用，使得薄膜最有高的电导率。但是在分散过程中加入了表面活性剂，高温惰性气体下煅烧的方法成本较高，而且真空抽滤的方法制备薄膜过程耗时，而且薄膜的大小受限于过滤器的大小。制备工艺复杂，成本增加，不具有实用价值。

综上所述，一种基于碳管-石墨烯相互穿插超薄、超轻薄膜的制备方法的开发仍是本领域技术人员的研究重点。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种基于碳管-石墨烯相互穿插薄膜的制备方法及产品。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

1、一种基于碳管-石墨烯相互穿插薄膜的制备方法，包括如下步骤：

1)将任意平整模板依次用丙酮、乙醇和水洗涤除去表面油脂；

2)将氧化石墨烯、碳纳米管溶于三级水制得混合液，超声搅拌，机械剥离，得到粘稠的氧化石墨烯与碳纳米管的均匀分散液；所述碳纳米管的质量占氧化石墨烯和碳纳米管总质量的0～20％，取值不为0；

3)将制得的氧化石墨烯与碳纳米管均匀的分散液，置于平整模板上进行刮涂，在小于120℃条件下烘干，制得碳管-石墨烯相互穿插薄膜；

4)将步骤3)所获得的碳管-石墨烯相互穿插薄膜在HI溶液中浸泡，水洗涤浸泡至中性，烘干，获得基于碳管-石墨烯相互穿插薄膜。

进一步，步骤1)所述模版为聚四氟乙烯板或玻璃板。

进一步，步骤2)所述碳纳米管为单壁碳纳米管或多壁碳纳米管。

进一步，步骤2)所述分散液粘度为500～1000mPa·s。

2、采用一种基于碳管-石墨烯相互穿插薄膜的制备方法得到的薄膜，包括碳纳米管1和石墨烯片层2，所述碳纳米管1和石墨烯片层2相互交替穿插，所述碳纳米管1的直径为5-20nm。

进一步，所述碳纳米管为单壁碳纳米管或多壁碳纳米管。

进一步，薄膜厚度<20μm，拉伸强度>100Mpa，断裂强度>100Mpa，电导率>10⁴S/m。