[发明专利]一种金属表面石墨烯薄膜的制备方法

说明书

本发明涉及一种金属表面石墨烯薄膜的制备方法，包括步骤：(1)配置基础镀液；(2)预处理基体材料；(3)电化学沉积M‑C镀层(M为Co、Ni、Cu)；(4)退火处理。本发明的石墨烯薄膜制备方法以电沉积和热处理工艺为基础，工艺简单，成本较低，可以获得大面积高质量石墨烯薄膜，所获得的石墨烯薄膜具有优异的导电性和耐蚀性能。

技术领域

本发明涉及一种金属表面石墨烯薄膜的制备方法。更具体地，本发明涉及以电沉积和热处理工艺为基础，制备石墨烯薄膜的方法。

背景技术

石墨烯材料具有优异的热学、电学和机械性能，能够应用于金属的腐蚀防护方面。石墨烯由碳原子以sp²杂化连接的单原子层构成，按正六边形紧密排列作为一种理想的二维原子晶体，石墨烯具有超高的电导率和热导率、巨大的理论比表面积、极高的杨氏模量和抗拉强度，可望在微纳电子器件、光电检测与转换材料、结构和功能增强复合材料及储能等广阔的领域得到应用。

目前通用的石墨烯制备方法主要为机械剥离法、化学气相沉积法、氧化石墨还原法、电弧法、复合电沉积法等等。其中机械剥离法制备得到的石墨烯质量较高，但制得的石墨烯面积小于1×1mm，无法应用到实际生产。化学气相沉积法虽可获得大面积的石墨烯，但其成本很高，可控性也较差。氧化石墨还原法可制得大量石墨烯样品，可以达到工业生产需要，然而氧化剂的使用使得所制备的石墨烯内部共轭结构得到破坏，性能大大降低。

CN102888636A报导了一种在碳酸盐和卤化盐熔融溶液中电沉积制备金属表面石墨烯的方法，此方法电沉积温度较高，必须要高于混合溶液的熔点，在实际操作中难以控制，对电沉积设备要求苛刻，难以应用到实际生产。CN103523770提供了用离子注入Ge到SiC基底中，再进行热处理来析出石墨烯，然而此种工艺无法制备大面积石墨烯，且其制备成本较高。

发明内容

为解决如上所述的问题，本发明提供了一种简易可行的石墨烯薄膜制备方法，该方法以电沉积和热处理工艺为基础，工艺简单，成本较低，可以获得大面积高质量石墨烯薄膜，所获得的石墨烯薄膜具有优异的导电性和耐蚀性能。

本发明石墨烯薄膜的制备原理如下：采用电沉积工艺在金属基体上沉积一定厚度的过饱和M-C复合镀层(M为金属，优选为Co、Ni、Cu)，而后通过热处理工艺对过饱和复合镀层进行处理，使C原子从镀层内部析出，通过控制M-C复合镀层中C的含量和热处理工艺条件，实现不同结构石墨烯的制备。

具体而言，在一个方面中，本发明涉及一种金属表面石墨烯薄膜的制备方法，包括步骤：(1)配置基础镀液；(2)预处理基体材料；(3)电化学沉积M-C镀层；(4)退火处理；其中，M为金属，优选为Co、Ni或Cu。

在优选的实施方式中，步骤(1)中的基础镀液包括：主盐190～230g/L；阳极活化剂31～39g/L；缓冲剂23～26g/L；导电盐12-28g/L；碳源0.05～0.5mol/L。

其中，所述主盐优选为硫酸钴、硫酸镍或硫酸铜；所述阳极活化剂优选为氯化镍；所述缓冲剂优选为硼酸；所述导电盐优选为氯化钠；所述碳源优选为半胱氨酸、蛋氨酸、赖氨酸、谷氨酸、抗坏血酸、精氨酸、糖精钠中的一种或几种。

在优选的实施方式中，所述基础镀液pH值为2-5，优选为3-4.5；优选使用10wt％H₂SO₄溶液进行调节。

在优选的实施方式中，步骤(2)中的预处理包括以下步骤：电净、活化和水洗。

在优选的实施方式中，所述基体材料为金属基体材料，优选为经过打磨和抛光的H62黄铜片、304不锈钢或T1钛合金。