[发明专利]一种金属纳米颗粒辅助制备石墨烯玻璃的方法以及一种石墨烯玻璃和一种除雾玻璃

说明书

本发明涉及石墨烯制备及应用领域，提供了一种金属纳米颗粒辅助制备石墨烯玻璃的方法及一种石墨烯玻璃和一种除雾玻璃。本发明提供的方法包括以下步骤：将金属纳米颗粒分散液预置在玻璃衬底上，去除溶剂后得到预处理衬底；在预处理衬底表面进行化学气相沉积，在衬底表面得到高质量石墨烯，从而得到石墨烯玻璃。本发明利用金属纳米颗粒进行辅助催化，大幅提升了玻璃表面碳源的裂解能力，并有效提高了石墨烯晶畴的成核及生长速率。实验结果表明，本发明提供的方法得到的石墨烯玻璃的光学透光率较高，其面电阻较低，具有良好的导电性能，所得除雾玻璃能够在10s内实现除雾。

技术领域

本发明涉及石墨烯制备及应用技术领域，尤其涉及一种金属纳米颗粒辅助制备石墨烯玻璃的方法以及一种石墨烯玻璃和一种除雾玻璃。

背景技术

玻璃是一种用途广泛、研究历史悠久的材料，而石墨烯则是本世纪初发现的新型二维材料。石墨烯具有很多优良性质，例如超高的导电性、导热性、透光率、疏水性和力学性能等。将石墨烯与传统玻璃相结合，形成石墨烯玻璃复合材料(Graphene Glass)，既不会影响玻璃本身的高透光率，又可以赋予玻璃导电、导热、疏水性和更强的机械性能等，有望进一步拓展玻璃的应用潜力。

关于如何制备石墨烯玻璃复合材料，已有大量相关研究。目前主要发展出了以下三种方法：一是在具有较好催化作用的金属衬底上制备石墨烯(如铜、镍等)，再将获得的石墨烯薄膜通过干法或湿法转移到玻璃表面；二是利用液相剥离法获得剥离石墨烯，以此为原料在玻璃表面进行涂膜；三是利用化学气相沉积等石墨烯薄膜的传统制备方法直接在玻璃表面制备石墨烯薄膜。上述的第一种方法，在转移过程中会带来大量石墨烯缺陷，且转移工序繁杂，难以应用到大面积石墨烯玻璃复合材料制备工艺中。第二种方法得到的石墨烯玻璃品质及均匀性较差，既无法获得石墨烯的优良性能，也会影响到玻璃本身的高透光率。第三种方法中，由于玻璃基本不具有催化作用，进行化学气相沉积时碳源的裂解非常困难，需要非常高的反应温度及生长时间，获得的石墨烯缺陷密度也较大。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种金属纳米颗粒辅助制备石墨烯玻璃的方法以及一种石墨烯玻璃和一种除雾玻璃。本发明提供的方法有效提高了石墨烯在玻璃等绝缘衬底表面的生长速率，显著降低了所得石墨烯薄膜的缺陷密度，获得了具有高透光率及优良电学性能的石墨烯玻璃。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

一种金属纳米颗粒辅助制备石墨烯玻璃的方法，包括以下步骤：

(1)在玻璃衬底表面预置金属纳米颗粒分散液，去除溶剂后得到预处理衬底；

(2)利用化学气相沉积在所述预处理衬底表面生长石墨烯，得到石墨烯玻璃。

优选的，所述步骤(1)中金属纳米颗粒包括Cu、Ni和Cr纳米颗粒中的一种或几种；所述金属纳米颗粒的粒径为10nm～50nm。

优选的，当金属纳米颗粒为Ni或Cr时，所述金属纳米颗粒分散液的分散溶剂为乙醇；当所述金属纳米颗粒为Cu时，所述金属纳米颗粒分散液的分散溶剂为乙醇或丙酮。

优选的，所述金属纳米颗粒分散液中金属纳米颗粒的分散比例为 0.1g/100mL～5g/100mL。

优选的，所述步骤(1)中预置金属纳米颗粒分散液的方式为旋涂或刮涂；所述旋涂的转速为500～900转/分钟，旋涂的时间为20～35秒。

优选的，所述步骤(2)中化学气相沉积包括升温阶段、生长阶段、后处理阶段和降温阶段；所述生长阶段的温度为1050～1100℃，生长时间为 60～240min。

优选的，所述生长阶段的气氛为甲烷、氢气和氩气的混合气体。

优选的，所述氩气的气体流量为100～150sccm，氢气的气体流量为20～50 sccm，甲烷的气体流量为1～2sccm。