[实用新型]一种制备柔性多孔石墨烯膜的装置

说明书

本实用新型涉及一种制备柔性多孔石墨烯膜的装置，本实用新型所述制备柔性多孔石墨烯膜的装置采用限域膨胀的方法，其通过两块平板限制氧化石墨烯膜膨胀过程的膨胀倍率，从而使得制备得到的柔性多孔石墨烯膜在厚度方向上具有多孔结构，且厚度均匀，具有优异的柔韧性，同时可弯曲和折叠；本实用新型所述装置通过限域膨胀的方法解决了传统柔性多孔石墨烯膜制备过程中采用的自由膨胀所带来的问题，其制备过程可实现对产物膜厚度的精确控制。

技术领域

本实用新型涉及柔性石墨烯膜材料领域，尤其涉及一种制备柔性多孔石墨烯膜的装置。

背景技术

石墨烯是碳原子以sp²杂化方式构建的单原子厚度二维纳米片层，因其超高的电导率、优异的导热和力学性能、超大的理论比表面积等特性而备受关注。以石墨烯纳米片层组装宏观石墨烯膜能最大限度继承单片层石墨烯优异的导电、导热等性能，在能源存储与转换材料、电磁屏蔽和吸波材料、导热材料、膜分离材料和超级电容器等领域展现出广阔的应用前景。特别地，多孔石墨烯膜有效提高了膜材料的可利用比表面积，在超级电容器、吸附、催化和电磁屏蔽等领域引起广泛关注。为了适应现代电子器件和设备发展对材料柔性的需求，开发柔性多孔的石墨烯膜及其可控制备方法具有十分重要的意义。

目前制备柔性多孔石墨烯膜主要以氧化石墨烯膜为基础，通过热处理/肼还原发泡在膜内制造多孔结构。值得注意的是，通过氧化石墨烯的含氧官能团还原释放的气体实现膜材料在厚度方向上膨胀是获得多孔结构的关键，但是现有方法大多采用自由膨胀方式，不加限制的过度膨胀导致引入的孔洞尺寸大且不均匀，降低了膜材料的柔韧性。尤其对于较厚的氧化石墨烯膜(>30μm)进行发泡，现有方法制备的多孔膜厚度甚至超过1mm，无法实现精确控制，最终过厚的多孔膜柔韧性较差，无法进行弯曲或折叠，限制了其在柔性器件方面的应用。可见，有效控制还原过程气体释放速率对制备柔性多孔石墨烯膜至关重要，但目前还没有相关的可控制备方法报道。

CN104071783A公开了一种柔性纸状还原氧化石墨烯膜片的制备，所述方法包括如下步骤：(1)利用改进的Hummers方法，充分氧化纯度和颗粒度优良的石墨得到氧化石墨；(2)依次使用稀盐酸和去离子水清洗氧化石墨，得到pH为5.0左右的胶体状氧化石墨；(3)将胶体状的氧化石墨均匀涂在聚丙烯管内表面或者石英管的内表面、培养皿底部；(4)控制真空度、温度和还原时间，在特定的温度和时间内对胶体状氧化石墨进行还原即制得柔性纸状还原氧化石墨烯膜片。此方案制备得到的柔性纸状还原氧化石墨烯膜片中无多孔结构，表面厚度均匀性和柔韧性均不足。

CN107555419A公开了一种低褶皱密度石墨烯膜及其制备方法，所述方法包含如下步骤：(1)将平均尺寸大于50μm的氧化石墨烯配制成浓度为6～30mg/mL氧化石墨烯水溶液，溶液成膜后自然晾干，然后用还原剂进行还原；(2)将还原后的石墨烯薄膜在以0.1-5℃/min的速率升温到200-400℃，保温0.5-2h并自然降温。(3)将上述石墨烯膜在惰性气体保护下以1-10℃/min的速率升温到2400-3000℃，保温0.5h；整个过程中施加压力5-60MPa，(4)自然降温后，将石墨烯薄膜在高压下(200-300MPa)辊压压制即可得低褶皱导热石墨烯膜，其中两个辊系的速度比为1.05:1，此方案制备得到的石墨烯膜中不含有多孔结构，同时其柔韧性不足。

上述文献虽然公开了一些柔性石墨烯膜的制备方法，但仍存在着制备得到的柔性石墨烯膜的厚度分布不均，膜的柔韧性不足的问题，因此，开发一种制备厚度分布均匀，柔韧性较高，且在厚度方向分布有多孔结构的柔性多孔石墨烯膜的装置仍具有重要意义。

实用新型内容