[发明专利]一种金属与碳基材料电极表面石墨烯涂层及其制备方法

说明书

本发明公开了一种金属与碳基材料电极表面石墨烯涂层及其制备方法，属于半导体材料涂层技术领域。所述涂层包括如下组分：溶胶、溶剂及石墨烯粉体；经过溶胶凝胶和石墨烯的协同反应在电极表面形成石墨烯复合涂层。本发明利用湿法化学溶胶凝胶的思想制备电极表面的涂层，其制备方法的流程简单，成本低廉，涂层与电极能够形成强的粘附作用，该石墨烯涂层拥有优质的导电性能。适合规模生产，应用前景广阔。

技术领域

本发明属于半导体材料涂层技术领域，尤其是一种金属与碳基材料电极表面石墨烯涂层及其制备方法。

背景技术

在涂层领域中，优质的涂层可以发挥强大的界面作用。尤其是在电极表面的应用中，涂层质量的性能直接影响电极的导电性和表面的缺陷密度，从而影响电极中的电子传输效率，影响设备的最终功率和使用寿命。现有的导电涂层具有很多缺点，一方面，这些材料较差的韧性使其很难应用在柔性衬底上。另一方面，由于其耐环境酸碱度和抗老化性能均较差、制备工艺复杂，且原材料成本高昂使得它们的价格较高。

石墨烯是一种由碳原子构成的二维蜂窝状的晶体结构，电子可以在其内部自由移动，使石墨烯具有良好的导电性。其次，石墨烯是目前所有材料中最坚固的材料，展现出优良的柔韧性，在外力作用时，有很大的形变空间。石墨烯凭借着优异的导电性、和热传导性等特点在电极材料的使用领域具有很好的前景。在金属与碳基材料电极表面石墨烯涂层技术中，传统的PVD、CVD以及分子束外延等技术在制备优质涂层的同时也造成了高的成本负担，在电极制造领域的性价比很低。

发明内容

发明目的：提供一种金属与碳基材料电极表面石墨烯涂层及其制备方法，以解决背景技术中所涉及的问题。

技术方案：本发明提供一种金属与碳基材料电极表面石墨烯涂层，所述涂层包括如下组分：溶胶、溶剂及石墨烯粉体；经过溶胶凝胶和石墨烯的协同反应在电极表面形成石墨烯复合涂层。

作为一个优选方案，所述溶胶前体可为正硅酸乙酯、异氰酸丙基三乙氧基硅烷、钛酸四丁酯以及其它所需的金属醇盐的一种或多种。

作为一个优选方案，所述溶胶质量百分含量为20%～45%；所述石墨烯的质量百分数为10%～50%。

作为一个优选方案，所述石墨烯粉体为N、S或P等掺杂后的功能化石墨烯。

作为一个优选方案，所述石墨烯涂层厚度小于10微米，且涂层厚度均匀。

作为一个优选方案，所述溶剂为异丙醇、无水乙醇的混合物，按照质量比1：（2～3）的比例混合。

本发明还提供的一种金属与碳基材料电极表面石墨烯涂层的制备方法，包括如下步骤：

S1、提供薄层的石墨烯粉体、溶胶、溶剂、去离子水、酸催化剂和金属与碳基材料电极；

S2、将所述石墨烯粉体通过不同比例的乙醇和水的混合物进行清洗烘干以待备用；

S3、将所述溶胶、去离子水、溶剂和酸催化剂在磁力搅拌地条件下混合均匀；

S4、在所述溶胶中均匀加入处理好的石墨烯粉体，超声处理30～45 min使石墨烯在溶液中分散均匀，静置5~10天得到石墨烯涂层剂；

S5、利用提拉或旋涂等方式将所述涂层剂均匀覆盖在金属与碳基材料电极表面，通过冷冻干燥和退火处理，在电极表面得到所述石墨烯涂层。

作为一个优选方案，所述溶胶前体可为正硅酸乙酯、异氰酸丙基三乙氧基硅烷、钛酸四丁酯以及其它所需的金属醇盐的一种或多种。

作为一个优选方案，所述溶胶质量百分含量为20%～45%；所述石墨烯的质量百分数为10%～50%。

作为一个优选方案，所述石墨烯粉体为N、S或P等掺杂后的功能化石墨烯。