[发明专利]一种利用氧化石墨烯制备石墨烯薄膜的方法

说明书

技术领域

本发明属于石墨烯薄膜制备技术领域，具体涉及一种利用氧化石墨烯制备石墨烯薄膜的方法，更具体的涉及一种基于氧化石墨烯剥离天然石墨进而石墨烯自组装形成薄膜的方法。

背景技术

石墨烯是继富勒烯和碳纳米管之后的又一新型纳米碳材料，是目前最理想的二维纳米材料。低廉的、透明的、导电的原始石墨烯薄膜在能源采集、光学、电学等领域有重大的应用前景。然而，由于石墨烯的不溶性和易于聚集，人们在制备石墨烯薄膜时采用还原氧化石墨烯(Hecht,D.S.et al. Adv.Mater.2011,23,1482-1513)、化学气相沉积(Suk,J.W.et al. ACS Nano 2011,5,6916-6924)等制备方法。在石墨烯薄膜的制备和应用中，为了降低生产成本和增强薄膜导电性，要利用简单易得的原材料和探索一种更简单的成膜技术，这仍然是一种挑战。

氧化石墨烯是通过化学剥离石墨而得到的产物。由于它出色的水溶性，而被大家认为是亲水的。到目前为止，已有研究者指出氧化石墨烯是两亲物，可以作为表面活性剂，并进行了深入的研究(Jaemyung Kim.et al.J.AM.CHEM.SOC.2010,132,8180-8186)。然而，目前尚未有利用氧化石墨烯来制备石墨烯薄膜的文献报告。

发明内容

本发明的目的是提供一种利用氧化石墨烯制备石墨烯薄膜的方法，以提供一种原材料更为简单易得、更简单的成膜技术。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：

一种利用氧化石墨烯制备石墨烯薄膜的方法，所述方法利用氧化石墨烯剥离天然石墨进而石墨烯自组装形成薄膜。

将天然鳞片石墨加入氧化石墨烯溶液中进行超声分散获得分散液，然后向分散液中加入正庚烷、2-甲基庚烷或异辛烷进行再次超声，在氧化石墨烯溶液与正庚烷、2-甲基庚烷或异辛烷的界面处获得石墨烯自组装形成的石墨烯薄膜。

优选的，天然鳞片石墨与氧化石墨烯溶液中的氧化石墨烯的质量比为25-40:1，更优选30:1。

优选的，所述氧化石墨烯溶液的浓度为0.01-0.016mg/ml，更优选0.013mg/ml。

分散液通过下述方式获得：将天然鳞片石墨加入氧化石墨烯溶液中进行15-60min的水浴超声后，再在功率为80%的探针超声仪中进行第一次探针超声30-120min。

优选的，获得的分散液静置6-12h后取上清液加入正庚烷、2-甲基庚烷或异辛烷进行再次超声。

向分散液中加入正庚烷、2-甲基庚烷或异辛烷的量为制备氧化石墨烯溶液时所用的水的体积量的80%-120%。

优选的，向分散液中加入正庚烷、2-甲基庚烷或异辛烷后进行15-60min的水浴超声，再在功率为40%的探针超声仪中进行第二次探针超声30-120min。

进行第二次探针超声时，探针头位于分散液与正庚烷、2-甲基庚烷或异辛烷界面的正上方。

加入正庚烷、2-甲基庚烷或异辛烷的同时，在反应容器中放入一个表面亲水的介质，如表面亲水的玻璃片等，使玻璃片贯穿分散液和正庚烷、2-甲基庚烷或异辛烷的界面。

本发明上述操作优选在塑料烧杯中进行。

本发明提供给了一种基于氧化石墨烯剥离天然石墨进而石墨烯自组装形成薄膜的方法。方法利用氧化石墨烯的π共轭芳香区域与石墨通过π-π相互作用而形成复合物，从而使石墨均匀地分散于水中，超声的过程中能更好的被剥离。在加入正庚烷之后，水和油接触产生大的界面能，从而产生驱动力使超声产生的石墨烯在界面处自组装形成薄膜，进而降低界面能，使界面能最小化。

本发明利用原始的、没有进行过预处理和改性的天然鳞片石墨来生产宏观的、透明的、导电的石墨烯薄膜，比利用化学气相沉积法得到的石墨烯薄膜的成本更为低廉，原料更为易得。从整个制备过程上，本发明简单易行，环保无污染，在能源采集、光学、电学等领域有重大的应用前景。

本发明与现有技术相比，具有如下优点：

本发明一种利用氧化石墨烯来制备石墨烯薄膜的方法简单易行，原料易得，环保无污染，有很好的应用前景。

附图说明

图1为本发明实施例1所制备的攀爬在亲水玻璃上的石墨烯薄膜的光学照片；

图2为本发明实施例1所制备的漂浮在水表面上的石墨烯薄膜的光学照片；

图3为本发明实施例1所制备的石墨烯薄膜的透射电镜图；

图4为图1中的石墨烯薄膜干燥后的光学照片。

具体实施方式