[发明专利]一种碳纳米管负载石墨烯-铜纳米颗粒的复合柔性导电膜的制备方法

说明书

本发明公开了一种碳纳米管负载石墨烯‑铜纳米颗粒的复合柔性导电膜的制备方法，属于导电薄膜制备和复合材料制备技术领域。该方法是在预先制备好的碳纳米管导电薄膜的基础上，采用喷雾热解法将铜盐溶液，氧化石墨烯悬浮液雾化、加热分解后在碳纳米管导电薄膜载体上形核、长大生成石墨烯‑氧化亚铜，最后还原，得到铜‑石墨烯‑碳纳米管柔性导电薄膜带。检测结果表明，铜的粒径尺寸在200nm以下，且石墨烯‑铜均匀分布和镶嵌于载体上；铜‑石墨烯‑碳纳米管柔性导电薄膜带的电导率提高了一个数量级，且该柔性导电膜用碳纳米管负载石墨烯‑铜的制备方法简单易操作，不需要大型设备，工艺流程较短。

技术领域

本发明涉及了一种碳纳米管负载石墨烯-铜纳米颗粒的复合柔性导电膜的制备方法，属于导电膜制备和复合材料制备技术领域。

背景技术

随着经济的发展，人们的需求越来越多元化，柔性导电材料在市场上占据的位置越来越重要且发展很迅速。柔性导电材料兼具优异的机械可拉伸性和高导电性能，也就是说其在较大的拉伸应变（100%）下和反复拉伸上百次后导电性能变化并不大，因而在柔性传感器、柔性薄膜太阳能电池、柔性超级电容器等方面具有潜在的运用价值。

但是碳纳米管导电薄膜虽然已经满足了可延展性以及拉伸性能，但是在导电方面依然具有提升的空间，就目前而言，如何用较为简单易操作的方法制备出性能更优的导电薄膜是一个研究热点。

众所周知，铜的导电率很高，因为其含有大量的自由电子，因而将铜加入到碳纳米管薄膜，增强其导电性，可更好的满足导电膜的需要，而石墨烯具有很好的柔韧性，且依然拥有很高的导电性，有高的比表面积，可以提高结合性。因此，当同时将石墨烯和铜加入到碳纳米管薄膜中，可以提高碳纳米管的导电率以及其柔韧性，从而达到共同增强导电膜电导率的效果。但是，如何将这两者均匀结合到碳纳米管，让其均匀分散，均匀沉积，使材料的性能达到最佳的性能仍然是一个难题。

有人曾以碳纳米管薄膜为模板，在不同的电镀液中沉积铜，结果表明，铜能嵌入到碳纳米管薄膜中，并且经测量计算得出该方法制备的碳纳米管薄膜沉积铜复合材料的电导率达到1.7*10⁵S*m^-1。但是这样的操作需要将碳纳米管薄膜进行预处理，即纯化、敏化，很容易损坏碳纳米管薄膜，给实验的可操作性带来一定的困难，很难控制，因而对制备的材料性能会造成一定的影响。

发明内容

本发明的目的在于提供一种碳纳米管负载石墨烯-铜纳米颗粒的复合柔性导电膜的制备方法，具体包括以下步骤：

（1）采用化学气相沉积法制备碳纳米管导电薄膜，将其裁剪成任意尺寸。

（2）按0.1-0.2g/3000mL的比例将氧化石墨烯溶于去离子水中，超声分散0.2-2h，得到氧化石墨烯悬浮液。

（3）将铜盐溶于去离子水中得到铜盐溶液，铜盐溶液的浓度为0.0017-0.01mol/L室温下磁力搅拌将其搅拌均匀（1-3min）。

（4）将氧化石墨烯悬浮液和铜盐溶液搅拌均匀后各倒入一个雾化器中，将碳纳米管薄膜用夹具固定好后固定在管式炉低温区位置，温度为150-250℃，待管式炉的高温区温度升至400-900℃时，同时将两个雾化器开启雾化模式，雾化产生的前驱液雾滴经过高温区化学热分解、合成氧化亚铜-石墨烯后，扩散、运动、负载至低温区的载体上形核，长大，从而得到碳纳米管负载石墨烯-氧化亚铜纳米颗粒的载体。

（5）将步骤（4）得到的复合载体置于真空管式炉中，通还原性气氛，设置还原温度为250-300℃，时间为3-8h进行还原得到碳纳米管负载石墨烯-铜纳米颗粒的复合柔性导电膜。

优选的，本发明步骤（1）所述碳纳米管导电薄膜厚度为1-20微米，可反复弯折，电导率为3-8*10⁴S/m。

优选的，本发明所述具有大量含氧基团，具有很好的溶剂溶解度，氧化石墨烯纯度为99%以上，层数小于三层。