[发明专利]一种具有自清洁功能石墨烯基薄膜的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种石墨烯基薄膜的制备方法，尤其是涉及一种具有自清洁功能石墨烯基薄膜的制备方法，属于功能薄膜材料技术领域。

背景技术

石墨烯具有良好的透过率，理论和实验结果表明，单层石墨烯吸收2.3％的可见光，即透光率为97.7％。石墨烯内的每个碳原子以sp²杂化轨道的方式(σ键)与其他3个碳原子相连接，极强的C-C键致使石墨烯片层具有优异的力学性能。剩余的一个p电子轨道垂直于石墨烯平面，与周围的碳原子形成离域的π键，致使电子可在晶体中自由移动，赋予了石墨烯良好的电性能。由于原子间的作用力非常强，在常温下，即使周围碳原子发生挤撞，石墨烯中的电子受到的干扰也很小。电子在石墨烯中传输时不易发生散射，迁移率可达2×10⁵cm²/(V·s)。其面电阻约为31Ω/sq，电导率可达10⁶S/m，是室温下导电性最佳的材料。

石墨烯的制备方法主要分为CVD法，液相物理剥离法，外延生长法和氧化还原法。而氧化还原法相比于其它几种方法的优势主要表现在以下几个方法：(1)生产成本较低，(2)制备工艺较为简单，(3)制备效率较高。因此，氧化还原法制备石墨烯将会是以后研究的重要方向。目前基于氧化还原法制备石墨烯基薄膜的方法主要有真空抽滤法、旋涂法、自组装、LangmuirBlodgett(LB)法、喷涂法等。在制备薄膜的过程中通过一些还原手段，如水合肼还原，HI酸还原或热还原等对氧化石墨烯薄膜进行处理，最终制备石墨烯基薄膜。使石墨烯薄膜具有以下一种或几种功能性：(1)导电，(2)透明，(3)传感等。

目前国内外基于氧化还原法在制备石墨烯薄膜的过程中，没有发现石墨烯薄膜具有一定的自清洁功能。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种简单、高效、可工程扩大生产的具有自清洁功能石墨烯基薄膜的制备方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种具有自清洁功能石墨烯基薄膜的制备方法，包括以下步骤：

(1)在水/乙醇或乙醇溶液中配制氧化石墨烯分散液，氧化石墨烯的浓度为0.1～2mg/ml，经超声振荡后制备了分散性和稳定性较好的氧化石墨烯分散液。

作为优选方式，所述的氧化石墨烯分散液中添加有增强导电材料，氧化石墨烯与增强导电材料的重量比为1∶1～10∶1。所述的增强导电材料为碳纳米管或金属纳米线。

(2)将纳米级二氧化钛加入到乙醇溶液中，超声1h后制备了浓度为0.1～1mg/ml的二氧化钛分散液。

(3)将氧化石墨烯分散液与二氧化钛分散液共混后，适当超声，得到氧化石墨烯/二氧化钛分散液，所述的氧化石墨烯/二氧化钛分散液中，氧化石墨烯与二氧化钛的重量比为1∶1～20∶1，优选为1∶1。

(4)取一定量的氧化石墨烯/二氧化钛溶液分散液加入到联有气泵的喷枪中，在目标基板上进行喷射，均匀制备氧化石墨烯基薄膜。

(5)将所制备的薄膜在紫外光下进行照射，灯管为175W，灯管和样品的距离为15cm，照射时间为10h，对薄膜进行还原，得到具有自清洁功能石墨烯基薄膜。

本发明中，二氧化钛的催化原理如下：当一个具有hv能量大小的光子或者具有大于半导体禁带宽度Eg的光子射入半导体时，一个电子由价带(VB)激发到导带(CB)，因而在导带上产生一个高活性电子(e^-)，在价带上留下了一个空穴(h+)，形成氧化还原体系。溶解氧及水和电子及空穴相互作用，最终产生高活性的羟基。OH^-、O₂^-、OOH^-自由基具有强氧化性，能把大多数吸附在TiO₂表面的有机污染物降解为CO₂、H₂O，把无机污染物氧化或还原为无害物。其中二氧化钛对氧化石墨烯的还原原理可表达为：

TiO2+hv→TiO2(h+e)→C2H5OH→TiO2(e)+·C2H4OH+H⁺(1)

TiO2(e)+graphene oxide(GO)→TiO2+graphene reduced(GR)(2)

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

(1)本发明制备了氧化石墨烯/二氧化钛混合液，通过喷涂制备氧化石墨烯基 薄膜，在利用紫外光照射，所制备的石墨烯基薄膜具有一定的导电性的同时，也具有一定的自清洁功能。