[发明专利]一种超导电、导热、超高强度石墨烯复合薄膜的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种超导电、导热、超高强度石墨烯复合薄膜的制备方法。

背景技术

自2004年英国科学家在实验室成功制备出单层石墨烯以来，石墨烯迅速成为纳米科学领域的研究热点。石墨烯是具有单层碳原子厚度的，由碳原子呈二维蜂窝状晶格结构排列的一种新型碳质材料，是所有其他维数碳质材料的基本组成单元。它的厚度只有0.335nm，仅为头发的20万分之一，可以包成零维的富勒烯，卷曲成一维的碳纳米管，堆砌成三维的石墨。

石墨烯的问世引起了全世界的研究热潮。它不仅是已知材料中最薄的一种，还非常牢固坚硬；作为单质，它在室温下传递电子的速度比已知导体都快。石墨烯在原子尺度上结构非常特殊，必须用相对论量子物理学(relativistic quantumphysics)才能描绘。

石墨烯结构非常稳定，迄今为止，研究者仍未发现石墨烯中有碳原子缺失的情况。石墨烯中各碳原子之间的连接非常柔韧，当施加外部机械力时，碳原子面就弯曲变形，从而使碳原子不必重新排列来适应外力，也就保持了结构稳定。

这种稳定的晶格结构使碳原子具有优秀的导电性。石墨烯中的电子在轨道中移动时，不会因晶格缺陷或引入外来原子而发生散射。由于原子间作用力十分强，在常温下，即使周围碳原子发生挤撞，石墨烯中电子受到的干扰也非常小。

石墨烯具有良好的力学、电学、热学性质。它具有非常稳定的结构。石墨烯片层内各碳原子完美排列，受到外力时，碳原子可以弯曲变形，不用重新排列，保持了它的结构稳定性。在石墨烯平面上，碳原子的排列使它非常牢固坚硬，抗张强度可达到50-200GPa，弹性模量可达1TPa，是目前世界上制备出的具有最高比强度的材料。

发明内容

本发明的目的是提出一种超导电、导热、超高强度石墨烯复合薄膜的制备方法。

羧酸类、胺类、异氰酸酯类、羰基类、羟基类有机物质化学性质活泼，可以进行架桥反应，本发明使用纳米石墨烯与液体或者粉末架桥碳基材料进行混合，制备了一种超导电、导热、超高强度石墨烯复合薄膜，其制备方法步骤为：

第一阶段混合，将质量百分比10％-80％纳米石墨烯与20％-90％液体或粉体架桥碳基分别放入混合设备中，然后向该混合设备中充入氮气保护，在室温下进行混合1-10小时；

第二阶段加热，将混合后的物料经混合设备下料阀由真空泵吸到加热箱内，加料完毕后，启动电加热.，加热温度100-500℃，加热时间1-20小时；

第三阶段成膜，将经加热的混合物料经过加热箱的下料口自由下落到布料区，然后由刮板，布料辊将混合料均匀摊开，经传输带将混合物料送到预压辊中，控制压力1-10个大气压，经预压的石墨碳基料经压辊传送到下一组压辊压实，经压实成薄膜的混合物料再依次传至最终的压实辊，将混合物料压制厚度小于0.1mm的复合薄膜；

第四阶段扫描热架桥反应，将复合薄膜经过压实辊传送至扫描区域，用激光束、电子束或离子束对复合薄膜进行逐行扫描，使复合薄膜被扫描到部位的温度高于3000℃，以实现碳化、石墨化、长晶，架桥反应，使纳米石墨烯之分子架与架桥碳基之分子架完美结合，成为超导电、导热、超高强度石墨烯复合薄膜；

第五阶段收卷，将经扫描后的复合薄膜切边后由收卷装置收卷，收卷装置预安装光电纠偏装置，以保证收卷端面的平整度。

在上述制备方法中，所述的液体或粉体架桥碳基为胺类、羧酸类、异氰酸酯类、羰基类、羟基类有机物质中的至少两种，比例为反应的摩尔配比。

在上述制备方法中，加热、成膜、扫描热架桥反应各个阶段的废气经废气处理管路由引风机集中排放处理。

本发明制备方法的突出优点在于：工艺简单，条件控制容易，并以能量束扫描馈能形式巧妙地实现石墨烯分子架与碳基分子架间架桥反应，使石墨烯自身所拥有的良好的力学、电学、热学性质在本发明制备方法的产物一复合薄膜中得以较好的体现。

具体实施方式

实施例一：