[发明专利]柔性石墨烯膜和柔性石墨烯基复合材料膜及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于石墨烯膜及其制备技术领域，具体涉及柔性石墨烯膜和柔性石墨烯基复合材料膜及其制备方法。

背景技术

石墨烯是由碳原子通过sp²杂化紧密排列而形成的单层蜂窝状晶格二维晶体，它拥有极大的比表面积、优异的力学性能、导电性能、导热性能，是一种极具吸引力的材料。石墨烯薄膜作为石墨烯的一种重要形态，具备较强的导电性、导热性、柔性等属性，使得石墨烯膜及其复合膜在能源存储与转换材料、电磁屏蔽材料、导热材料、传感器材料等领域有着广泛的应用前景。为了适应现代生活对柔性电子设备的需求，开发一种柔韧、可折叠的石墨烯薄膜及其柔性复合膜的制备方法具有十分重要的意义。

目前，制备石墨烯膜的方法主要可以分为两种：一种是采用石墨烯纳米片直接成膜，另一类则是通过氧化石墨烯成膜后经过进一步的还原处理而得到。

然而，目前所制备的石墨烯膜虽然具有柔性，可进行弯曲，但是绝大部分不可折叠，折叠后会发生断裂。虽然有报道通过精细调控制备的石墨烯膜可折叠，但是在折叠后会产生塑形形变，具有折痕，多次折叠后会影响石墨烯膜的性能。

因此，就现有的对于石墨烯膜的研究而言，对于膜的柔韧性还需进一步的研究，尤其是对柔性石墨烯膜的可反复折叠性的实现或改进不能说是充分的。

发明内容

发明要解决针对现有技术存在的问题，本发明首先提供了一种可反复折叠的柔性石墨烯膜，所述柔性石墨烯膜在厚度取向上具有多孔结构，单重或多重折叠后能快速恢复，且在折叠发生处不产生塑形形变、不留折痕，折叠处的平整度与非折叠处或者与折叠发生之前保持相同。同时，所述柔性石墨烯还具有较好的力学性能。

进而，本发明也提供了一种上述可反复折叠的柔性石墨烯膜的制备方法。

此外，本发明也提供了一种可反复折叠的柔性石墨烯基复合膜的制备方法。

用于解决问题的方案：本发明首先提供了一种柔性石墨烯膜，所述石墨烯膜通过对氧化石墨烯膜进行热还原处理而得到，且在所述石墨烯膜厚度取向上具有多孔结构，所述石墨烯膜可被折叠，且在对所述折叠复原后，在所述石墨烯膜的折叠处不发生塑性形变；

所述氧化石墨烯膜的厚度为0.5-100μm，所述石墨烯膜的厚度的膨胀倍数为2-20。

在本发明的实施方式中，所述折叠为单重折叠或多重折叠，折叠角度为小于或等于180°。

在本发明的实施方式中，所述氧化石墨烯膜为将氧化石墨烯粉体压制成膜或氧化石墨粉体经分散液成膜处理而得到。

进一步，本发明也提供了一种柔性石墨烯膜的制备方法，包括如下步骤：

步骤1：将氧化石墨烯粉体压制成膜或将氧化石墨粉体经分散液成膜处理的步骤；

步骤2：对氧化石墨烯膜进行还原处理而得到石墨烯膜的步骤；

所述石墨烯膜在厚度取向上具有多孔结构，所述石墨烯膜可被折叠，且在对所述折叠复原后，在所述石墨烯膜的折叠处不发生塑性形变。

在本发明的实施方式中，所述氧化石墨烯膜的厚度为为0.5-100μm；相对于所述氧化石墨烯膜的厚度，所述石墨烯膜的厚度的膨胀倍数为2-20倍。

在本发明的实施方式中，步骤1中所述分散液的浓度为0.01-100mg/mL；所述分散液中采用的分散溶剂选自水或有机溶剂中的一种或多种。

在本发明的实施方式中，步骤1中所述成膜处理选自：真空抽滤成膜、溶剂挥发成膜、旋涂成膜、喷涂成膜以及溶液表面/界面组装成膜中的一种。

在本发明的实施方式中，步骤2中所述还原处理包括如下步骤：氧化石墨烯膜在惰性气体氛围中加热，进行热还原，加热温度为300-3000℃，加热时间为1min-4h；优选地，加热温度为500-2000℃，加热时间为2-3h。

在本发明的实施方式中，所述折叠为单重折叠或多重折叠，折叠角度为小于或等于180°。

此外，本发明还提供了一种柔性石墨烯基复合材料膜的制备方法，包括如下步骤：

步骤1：将其它材料与氧化石墨烯粉体混合压制成膜，或将其它材料与氧化石墨粉体混合经分散液成膜处理，或将其它材料前驱体与氧化石墨粉体混合后原位生成其它材料前驱体与氧化石墨烯混合粉体经分散液成膜处理或混合粉体压制成膜的步骤；

步骤2：对氧化石墨烯基复合材料膜进行热还原处理而得到石墨烯基复合材料膜的步骤；

所述石墨烯基复合材料膜在厚度取向上具有多孔结构，所述石墨烯基复合材料膜可被折叠，且在对所述折叠复原后，在所述石墨烯基复合材料膜的折叠处不发生塑性形变。