[发明专利]复合石墨烯架构及其制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种复合石墨烯架构及其制备方法与应用。所述复合石墨烯架构包括平展的二维石墨烯结构和三维石墨烯结构，所述二维石墨烯结构与三维石墨烯结构结合形成一体的三维架构。所述制备方法包括：提供复合模板结构，所述复合模板结构包括三维多孔支架和具有平展表面的基底，所述三维多孔支架结合在所述平展表面上，所述平展表面和三维多孔支架均由金属催化材料形成；利用所述复合模板结构，采用化学气相沉积法生长石墨烯，之后将所述复合模板结构移除，获得复合石墨烯架构。本发明的复合石墨烯架构装载效率高，当其作为神经支架时，二维石墨烯薄膜可以给神经细胞跨越孔隙提供支撑，也可以允许神经细胞穿透与支架外面的细胞交流。

技术领域

本发明涉及一种石墨烯架构，特别涉及一种包含二维石墨烯薄膜和三维石墨烯立体结构的复合石墨烯架构及其制备方法与应用，属于纳米新材料技术领域。

背景技术

三维神经支架对于提高神经细胞的存活率、减少神经细胞在目标部位的移动十分重要；同时，电刺激可以调控神经细胞行为，所以导电的神经支架成为组织工程学的研究热点之一。其中，石墨烯由于良好的生物相容性、导电性、促神经祖细胞向神经元分化等优点有望成为优良的神经支架材料。

石墨烯(Graphene)是一种由碳原子以sp²杂化轨道组成的二维碳纳米材料，每个碳原子的垂直于层平面的pz轨道可以形成贯穿全层的多原子的大π键，具有优异的光学、电学、力学特性以及良好的生物相容性，有望在诸多应用领域中成为新一代器件。但是二维石墨烯无法自行支撑，转移到衬底上又产生缺陷，而三维蜂窝状骨架结构的三维石墨烯架构可以克服这一难题，同时展现与单片石墨烯相似的优异性能。三维石墨烯材料的制备包括利用氧化石墨烯在有机凝胶、水凝胶、气凝胶中的胶结形成三维石墨烯的自组装法；利用三维模板生长形成三维石墨烯的模板法等。其中模板法形成的一体的三维石墨烯架构中缺陷堆叠较少，能够更大限度的保留石墨烯的各项优异性能。利用模板法，通过控制模板的结构制作可控三维石墨烯结构的报道在近几年也有报道。

目前，质量较好的三维石墨烯结构是以金属镍作为催化剂通过化学气相沉积法生长的，由于镍的多晶性，形成石墨烯层数不均但支撑性较好，可以自我支撑维持三维结构作为神经细胞支架。例如，CN201510112293.7利用微纳加工的可控性，采用光刻、电镀、退火、化学气相沉积等过程获得了形状和尺寸均一的三维石墨烯，该三维可控石墨烯的骨架和孔隙尺寸能够在5μm至200μm之间可调，骨架之间堆叠可以设计为45°和90°。大面积的高质量二维石墨烯多是以铜箔作为催化剂通过化学气相沉积法生长的，形成的石墨烯层数较少质量较好；但铜和镍的热膨胀系数不一样，在化学气相沉积法生长时，高温会使得铜镍结合部位弯曲，形成卷曲的无规则结构，目前尚未有带有平展二维石墨烯薄膜的一体的三维石墨烯支架报道。

再者，三维多孔支架在作为载体应用时，更大更多的孔隙满足了被载物质在架构内的有效穿透，但孔隙的过多存在却降低了支架的利用率；尤其是在作为神经支架时，孔隙的存在阻碍了大范围密集神经网络的形成。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种复合石墨烯架构及其制备方法与应用，从而克服了现有技术中的不足。

为实现上述发明目的，本发明采用了如下技术方案：

本发明实施例提供了一种复合石墨烯架构，其包括平展的二维石墨烯结构和三维石墨烯结构，所述二维石墨烯结构与三维石墨烯结构结合形成一体的三维架构。

在一些实施方案中，所述二维石墨烯结构与三维石墨烯结构无缝连接为一体，并且至少是所述二维石墨烯结构的局部区域平展的存在于所述三维石墨烯结构的孔隙内。

本发明实施例还提供了一种复合模板结构，用于生长形成前述的复合石墨烯架构，其包括三维多孔支架和具有平展表面的基底，所述三维多孔支架结合在所述平展表面上，并且所述平展表面和三维多孔支架均由金属催化材料形成。

本发明实施例还提供了一种复合石墨烯架构的制备方法，其包括：