[发明专利]复合薄膜制备方法、复合薄膜及应用

说明书

本发明公开了一种复合薄膜制备方法、复合薄膜及应用，复合薄膜制备方法包括按预定比例把氧化石墨烯分散液和改性碳纳米管分散液进行混合搅拌，以得到氧化石墨烯/碳纳米管复合材料；将氧化石墨烯/碳纳米管复合材料喷洒至加热旋转的硅管的内壁上合成氧化石墨烯/碳纳米管薄膜；采用去离子水和乙醇将氧化石墨烯/碳纳米管薄膜进行清洗并浸入水中，完全冷却后从硅管上剥离得到复合薄膜；将复合薄膜沉积到聚二甲基硅氧烷衬底上，采用飞秒激光对复合薄膜进行还原；将还原后的复合薄膜沿预定方向逐级拉伸，得到局部还原的氧化石墨烯/碳纳米管复合薄膜。本发明改善了氧化石墨烯的分散性，搭建完整的内部网络结构，以及提高氧化石墨烯激光还原效率，成膜均匀性更好。

技术领域

本发明涉及复合薄膜技术领域，尤其涉及一种复合薄膜制备方法、复合薄膜及应用。

背景技术

近年来，石墨烯及其衍生品因其独特的结构和优异的光学性质(高的载流子迁移率、透明度、机械强度和生物兼容性等)而得到广泛关注，为可穿戴电子设备提提供了巨大的应用前景。制备石墨烯(及其衍生物，例如氧化石墨烯和还原氧化石墨烯)基可穿戴电子设备主要包括：石墨烯及其衍生物的制备和电子器件的制备。前者的制备方法主要包括：机械剥离法、外延生长法和化学气相沉积法(CVD)等；而后者的制备主要包括：聚合物浇铸法、喷墨打印法和3D打印法等。然而，机械剥离法、外延生长法和化学气相沉积法等方法制备石墨烯及其衍生物存在效率低、成本高以及无法实现大批量(大规模)生产等缺陷；而聚合物浇铸法、喷墨打印法和3D打印法等电子器件制备方法存在效率低和加工自动化程度低等缺陷。

氧化石墨烯是石墨烯的氧化物，表面具有含氧官能团，而使其性质较石墨烯更加活泼，可经由各种与含氧官能团的反应而改善本身性质。另外，其较好的亲水性从而使其能够均匀制备薄膜从而沉积的柔性衬底上，为制备柔性电子器件提供了无限可能。然而，氧化石墨烯含氧官能团的存在破坏了石墨烯的结构，从而影响了其导电性，从而限制了氧化石墨烯在电子器件领域的应用。光作为加工材料的一种技术手段，近年来在光学微纳结构制造领域得到广泛应用，尤其是飞秒激光技术具有照射周期短、强度高以及加工过程可控等优势被视为加工二维材料的最佳手段之一。

众所周知，纳米材料的分散性一直是阻碍/困扰科研界和工业界的首要难题。利用激光有效的还原氧化石墨烯的先决条件是，氧化石墨烯具有优异的分散性以及氧化石墨烯薄膜有连通的孔隙结构。否则，团聚的氧化石墨烯颗粒不仅会形成缺陷影响薄膜质量，而且会大幅度降低其还原质量。也就是说，现有的氧化石墨烯的分散性差、成膜均匀性差以及激光还原效率低。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的第一个目的在于提出一种复合薄膜制备方法，包括：

提供预制的氧化石墨烯分散液和改性碳纳米管分散液；

按预定比例把所述氧化石墨烯分散液和所述改性碳纳米管分散液进行混合搅拌，以得到氧化石墨烯/碳纳米管复合材料；

将所述氧化石墨烯/碳纳米管复合材料喷洒至加热旋转的硅管的内壁上，以合成氧化石墨烯/碳纳米管薄膜；

采用去离子水和乙醇将所述氧化石墨烯/碳纳米管薄膜进行清洗，然后浸入水中，待完全冷却后从硅管上剥离得到复合薄膜；

将所述复合薄膜沉积到聚二甲基硅氧烷衬底上，并通过飞秒激光对所述复合薄膜进行还原；

将还原后的所述复合薄膜沿预定方向进行逐级拉伸，以得到局部还原的氧化石墨烯/碳纳米管复合薄膜。

优选地，所述氧化石墨烯分散液的预制方法包括：

提供氧化石墨烯溶液；

将所述氧化石墨烯溶液与去离子水混合，并稀释至5-8mg/ml，并通过超声分散30-40分钟，以得到所述氧化石墨烯分散液。

优选地，所述改性碳纳米管分散液的预制方法包括：