[发明专利]一种无缺陷密堆积石墨烯亚微米薄膜的制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种无缺陷密堆积石墨烯亚微米薄膜及其制备方法与应用，该石墨烯膜中石墨烯片层紧密堆积，无气孔，密度高；石墨烯片层内部缺陷可控。通过特殊的三步热处理得到：在300度以下逐步脱落，将石墨烯表面部分碳原子解离，形成孔洞缺陷。在1500度升温以及稳定过程中，官能团通过孔洞缺陷不断脱离，直至完全脱落，无官能团存在。在温度高于1600度时，石墨烯表面缺陷得到缓慢修复。致密的堆积结构以及无缺陷的原子结构，使得石墨烯膜具有极好的电导率。

技术领域

本发明涉及高性能纳米材料及其制备方法，尤其涉及一种无缺陷密堆积 石墨烯亚微米薄膜的制备方法与应用，通过该方法可以获得纳米级厚度的无 缺陷密堆积石墨烯亚微米薄膜。

背景技术

2010年，英国曼彻斯特大学的两位教授Andre GeiM和Konstantin Novoselov因为首次成功分离出稳定的石墨烯获得诺贝尔物理学奖，掀起了全 世界对石墨烯研究的热潮。石墨烯有优异的电学性能(室温下电子迁移率可 达2×10⁵cM²/Vs)，突出的导热性能(5000W/(MK)，超常的比表面积(2630 M²/g)，其杨氏模量(1100GPa)和断裂强度(125GPa)。石墨烯优异的导电 导热性能完全超过金属，同时石墨烯具有耐高温耐腐蚀的优点，而其良好的 机械性能和较低的密度更让其具备了在电热材料领域取代金属的潜力。

宏观组装氧化石墨烯或者石墨烯纳米片的石墨烯膜是纳米级石墨烯的主 要应用形式，常用的制备方法是抽滤法、刮膜法、旋涂法、喷涂法和浸涂法 等。通过进一步的高温处理，能够修补石墨烯的缺陷，能够有效的提高石墨 烯膜的导电性和热导性，可以广泛应用于智能手机、智能随身硬件、平板电 脑、笔记本电脑等随身电子设备中去。

但是目前，高温烧结过的石墨烯膜通常都是3000度处理，里面有很多微 气泡，在高压下形成褶皱，进而形成柔性。但是褶皱引入柔性的同时会给膜 带来热不稳定性：褶皱在高温下或者通电情况下会伸展，降低石墨烯膜的密 度以及性能。同时褶皱的存在本身又会减低石墨烯膜导热导电性能。为此， 急需一种无褶皱致密的石墨烯膜及其制备方法，从来进一步完善和提升石墨 烯膜的热学稳定性、力学强度等性能。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种无缺陷密堆积石墨烯亚 微米薄膜的制备方法与应用。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：一种无缺陷密堆积石墨烯亚微 米薄膜，所述薄膜为亚稳态结构，其中，石墨烯单片层内没有原子孔洞缺陷和 SP3缺陷；片层之间的堆叠方式为乱序堆叠。

一种无缺陷密堆积石墨烯亚微米薄膜的制备方法，该方法为：对碳氧比为1.8～2.2的氧化石墨烯膜进行如下热处理：以1～5℃/min逐步升温到300度， 维持1-2小时；降至室温后，1～20℃/min逐步升温到2000度，维持1-2小时， 然后1～50℃/min继续升温到3000度，维持1-2小时。

进一步地，所述石墨烯膜通过刮膜法制备得到。

进一步地，所述氧化石墨烯膜的厚度小于3um。

无缺陷密堆积石墨烯亚微米薄膜的应用为太阳能电池、纳米级声波发生器 等。

进一步地，所述薄膜作为太阳能电池的电极。

进一步地，纳米级声波发生器包括热导率低于200W/mK的基底、平铺于 基底上的无缺陷密堆积石墨烯亚微米薄膜，以及电信号输入单元和两个音频电 流输入用银胶电极，两个银胶电极分别设置在声波发生薄膜的两端，声波发生 薄膜、两个银胶电极和电信号输入单元串联形成回路；