[发明专利]一种规则多孔石墨烯厚膜及其制备方法

说明书

本发明公开了一种规则多孔石墨烯厚膜的制备方法，该石墨烯厚膜由氧化石墨烯经过滤抽成膜、缓慢低温以及高温处理得到。该石墨烯膜由石墨烯物理交联而成。石墨烯膜厚度方向的石墨烯层数在2×10⁴～10×10⁴之间，内部有均匀的气泡结构；表面有均匀繁多的气孔结构,气泡壁具有均匀的通气孔，孔径为100～150nm，孔隙率大于5％。这种石墨烯膜由于其多级空隙结构，在电池领域具有重要应用。

技术领域

本发明涉及高性能纳米材料及其制备方法，尤其涉及一种规则多孔石墨烯厚膜及其制备方法。

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(2630 M²/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，可以广泛应用于电池材料、导热材料、导电材料等领域。

一般情况下，高温烧结过的石墨烯膜一般连续性比较好，膜整体垂直方向完整，对电解液不透过。电池材料来说，膜的完整性有利于电子传输；孔隙率以及垂直方向孔道有利于电解液物质交换，这两者共同作用，促使电池具有高的容量、循环性能和倍率性能。目前石墨烯膜的造孔一般是通过水合肼还原加高温还原或者加入刻蚀剂造孔，所制备的石墨烯膜要么孔洞不均匀，要么导电性不好，严重降低电池性能。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种规则多孔石墨烯厚膜及其制备方法。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：一种规则多孔石墨烯厚膜，所述石墨烯膜厚度方向的石墨烯层数在2×10⁴～10×10⁴之间，内部具有均匀的气泡结构；气泡壁具有均匀的通气孔，孔径为100～150nm，孔隙率大于5％。

一种规则多孔石墨烯厚膜的制备方法，包含如下步骤：

(1)将氧化石墨烯配制成浓度为5-10mg/mL氧化石墨烯水溶液，加入水溶性盐，盐的含量为氧化石墨烯质量的1～5％，刮刀涂覆成膜，自然晾干，膜的厚度不大于20-100微米。

(2)氧化石墨烯膜置于中温炉中缓慢升温烧结，升温速率为1-2摄氏度每分钟，温度为1300-1800摄氏度。

(3)将中温烧结过的石墨烯膜置于高温炉中3000度退火，得到具有二级气孔结构的石墨烯膜。高温炉的升温速率如下：2000摄氏度以下，10-20摄氏度每分钟；2000摄氏度以上，2-5摄氏度每分钟。

进一步的，所述盐选自：镁盐、钙盐、钛盐、硅盐、硼盐、铁盐、铝盐、锌盐、铜盐、镍盐等等。