[发明专利]一种独立自支撑石墨烯碳管复合膜的制备方法

说明书

本发明公开了一种独立自支撑石墨烯碳管复合膜的制备方法，该石墨烯膜由氧化石墨烯和羧化碳管经过溶液成膜、化学还原、以及高温处理等步骤得到。该石墨烯膜由单层石墨烯通过物理交联组成，其中石墨烯基元结构完整，没有明显缺陷以及褶皱，片层间AB结构含量超过70％，因此具有极好的电导率及导热性能。其厚度极薄(6‑100nm)，表面具有微量皱褶，因而具有一定的透明度以及极好的柔性。此石墨烯膜可用作高柔性透明导热导电器件。

技术领域

本发明涉及高性能纳米材料及其制备方法，尤其涉及一种独立自支撑石墨烯碳管复合膜的制备方法。

背景技术

2010年，英国曼彻斯特大学的两位教授Andre GeiM和Konstantin Novoselov因为首次成功分离出稳定的石墨烯获得诺贝尔物理学奖，掀起了全世界对石墨烯研究的热潮。石墨烯有优异的电学性能(室温下电子迁移率可达2×10⁵cM²/Vs)，突出的导热性能(5000W/(MK)，超常的比表面积(2630M²/g)，其杨氏模量(1100GPa)和断裂强度(125GPa)。石墨烯优异的导电导热性能完全超过金属，同时石墨烯具有耐高温耐腐蚀的优点，而其良好的机械性能和较低的密度更让其具备了在电热材料领域取代金属的潜力。

宏观组装氧化石墨烯和羧化碳管或者石墨烯纳米片的石墨烯膜是纳米级石墨烯的主要应用形式，常用的制备方法是抽滤法、刮膜法、旋涂法、喷涂法和浸涂法等。通过进一步的高温处理，能够修补石墨烯的缺陷，能够有效的提高石墨烯膜的导电性和热导性，可以广泛应用于智能手机、智能随身硬件、平板电脑、笔记本电脑等随身电子设备中去。

但是目前，高温烧结过的石墨烯膜厚度一般在1um以上，里面封闭了很多的气体，在高压压制的过程中，封闭的气孔以褶皱的形式保留下来，导致石墨烯膜取向度变差，密度变小，并且层间AB堆叠度差，严重影响了石墨烯膜性能的进一步提高。为此，碳管的加入，可以有助于气体的逸散，防止起泡的产生。另外，石墨烯膜石墨化以后强度很差，不能满足未来导热材料对强度的要求，为此必须加入碳管进行增强。再有，目前还没有工作报道基于复合膜纳米级的制备。通常情况下，石墨烯和碳管复合一般用于气凝胶制备，属于隔热材料范畴。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种独立自支撑石墨烯碳管复合膜的制备方法。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：一种独立自支撑石墨烯碳管复合膜的制备方法，包含如下步骤：

(1)将氧化石墨烯和羧化碳管配制成总浓度为0.5-10ug/mL的混合液，以阳极氧化铝(AAO)为基底抽滤成复合膜。

(2)将贴附于AAO膜的复合膜置于密闭容器中，60-100度高温熏蒸HI蒸汽1-10h。

(3)用蒸镀、流延等方法将固体转移剂均匀涂敷在复合膜表面，并于低于固体转移剂熔点5度以下温度进行加热，使得固体转移剂固化。

(4)将涂敷有固体转移剂的复合膜置于室温下，石墨烯膜自动与AAO膜分离。

(5)将上述得到的固体转移剂支撑的石墨烯膜在固体转移剂挥发的温度下缓慢挥发掉固体转移剂，得到独立自支撑的复合膜。

(6)将独立自支撑的复合膜置于高温炉中高温退火，退火温度为2400-3000℃，维持时间为1-12h，升温速率为1-20℃/min。

进一步地，所述步骤4中，采用1-10wt％的磷酸刻蚀掉未与石墨烯膜分离的AAO膜，刻蚀时间为1-10min。

进一步地，所述的固体转移剂，选自如下物质，例如石蜡、樟脑、氯化铝、碘、萘、三氧化二砷、五氯化磷、丙烯酰胺、三氯化铁、硫、红磷、氯化铵、碳酸氢铵、碘化钾、降冰片烯、咖啡因、三聚氰胺、水、松香、叔丁醇、三氧化硫等可在某种条件下升华或者挥发的小分子固态物质。