[发明专利]一种石墨烯纸的制备方法

说明书

本发明公开了一种石墨烯纸的制备方法，包括以下步骤：(1)电纺纳米纤维膜衬底；(2)电喷复合氧化石墨烯薄膜；(3)去除衬底；(4)还原氧化石墨烯。相较于现有方法，该制备方法操作更加简单、成本低，所得的石墨烯纸厚度均匀、具有较好的电化学性能，且易于与衬底材料分离，可以制备大面积的石墨烯纸，同时可以在制备过程中直接实现石墨烯纸的图案化，拓展材料的应用领域。

技术领域

本发明属于石墨烯材料制备技术领域，具体涉及一种石墨烯纸的制备方法。

背景技术

石墨烯是2004年发现的一种单层二维碳原子晶体，其独特的二维层状结构以及优异的电学、热学、力学等性能，使其在柔性电子学、光电探测、能量存储等众多领域展现出非常优异的应用前景。受限于石墨烯的制备方法，目前制备大尺寸质量好的单层石墨烯样品还存在着困难，大多限制在微米尺度，为了实现应用，如何组装具有宏观尺度的石墨烯材料便成了近期科研工作者研究的热点之一。石墨烯纸作为一种典型的二维结构的石墨烯宏观组装材料，由于其易于与现代流行的材料加工手段相融合，特别是在储能领域受到了广泛的关注。目前制备石墨烯纸的方法主要有真空抽滤、液相电泳沉积以及气液面自组装等方法，但在不同方面都存在着一些局限性，比如应用最广的真空抽滤法在制备过程中也存在着耗能高以及材料与滤膜分离困难等缺点。另外，随着基于柔性电子学的的可穿戴设备的逐步发展，构筑特殊结构或者图案化是增加材料拉伸性能的常用策略，但目前在制备图案化的的石墨烯纸方面尚无较好的研究成果。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：克服现有技术缺陷，提供一种石墨烯材料制备技术领域，相较于现有方法，该制备方法操作更加简单、成本低，所得的石墨烯纸厚度均匀、具有较好的电化学性能，且易于与衬底材料分离，可以制备大面积的石墨烯纸，同时可以在制备过程中直接实现石墨烯纸的图案化，拓展材料的应用领域。

为了解决上述问题，本发明提供了一种石墨烯纸的制备方法，包括以下步骤：

(1)电纺纳米纤维膜衬底：配制高分子聚合物纺丝前驱液，将所得纺丝前驱液加入静电纺丝装置的储液机构中，利用静电纺丝法制备高分子聚合物纳米纤维膜，即在收集底板上得到纳米纤维膜衬底；

(2)电喷复合氧化石墨烯薄膜：将氧化石墨烯分散液置于静电喷雾装置的储液机构中，将步骤(1)纳米纤维膜衬底置于静电喷雾装置的收集机构上，利用静电喷雾法在纳米纤维膜衬底上直接喷涂复合氧化石墨烯薄膜；

(3)去除衬底：将步骤(2)所得的复合膜材料的纳米纤维膜衬底去除，得氧化石墨烯薄膜；

(4)还原氧化石墨烯：将步骤(3)所得的氧化石墨烯薄膜还原即得石墨烯纸。

本发明的制备方法操作简单、成本低，该方法以静电纺丝法制备的高分子纳米纤维膜为衬底，并采用静电喷雾法利用电场力在衬底纤维表面直接喷涂复合一层致密均匀的氧化石墨烯薄膜，由于作为衬底的纳米纤维薄膜可以轻松的通过溶解、燃烧等方法去除，最后在还原氧化石墨烯薄膜即可制得厚度均匀的石墨烯纸，该去除衬底方法不仅简单，且该过程中氧化石墨烯薄膜的性能和形貌无影响，使得该方法可以轻松的实现石墨烯纸与衬底的分离，有效的解决了石墨烯纸制备过程中附着于衬底上，不易分离应用的问题，同时，经测试该石墨烯纸具有优于普通石墨烯纸的电化学性能，申请人猜测这源于在电喷过程中二维可移动平台的引入，导致氧化石墨烯微片在组装过程中分散的更加均匀，同时由于电场力作用的存在使得氧化石墨烯片层间的间隙减小，都会导致电化学性能的提高；另外由于纳米纤维膜衬底具有纤维结构，使得该石墨烯衬底表面也具有与衬底纤维膜互补的微结构，这种结构上的差异也可能导致该石墨烯纸性能的提升。

优选的，步骤(1)所述的高分子材料为尼龙、聚乙烯吡络烷酮、聚氧化乙烯、聚偏氟乙烯、聚己内酯、聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯中的一种或多种。

优选的，所述的步骤(1)的收集底板为带有镂空图案的金属板。