[发明专利]一种激光诱导石墨烯层状复合材料

说明书

本发明提供了一种激光诱导石墨烯层状复合材料，该石墨烯层状复合材料包括基材层、石墨烯功能层，石墨烯功能层含有激光诱导石墨烯。石墨烯层状复合材料因其具备的特殊结构，克服了石墨烯功能层与基材层结合不牢靠的问题，使得石墨烯功能层与基材层可以结合牢靠不易脱落，并实现了优异的柔性、耐候性等特点。

技术领域

本发明涉及石墨烯材料技术领域，尤其涉及一种激光诱导石墨烯层状复合材料及其生产方法。

背景技术

石墨烯即石墨单片层，是碳原子以sp²杂化方式形成具有蜂巢结构的单原子层二维晶体材料。石墨烯是碳纳米材料家族的重要成员，由于其独特的物理性质，如高表面积、高导电性、良好的机械强度和稳定性，其已经在电子器件、能量储存和电化学催化中显示出广阔应用前景。

为了获得高质量的石墨烯，如今已有机械剥离法、化学气相沉积法、表面外延生长法、切割纳米管法、液相剥离法、氧化还原法等。

在实现本发明过程中，发明人发现现有技术中至少存在如下问题：机械剥离法和外延生长法制备效率较低，难以满足大规模的需要。还原氧化石墨烯法应用较多，但其制备过程中使用的还原剂大多具有高毒性、高污染等缺点，为制备过程的保护措施及废液处理增加了成本。化学气相沉积法虽然可以获得大尺寸连续的石墨烯薄膜，但在剥离过程中，可能会引入新的杂质导致石墨烯品质受到影响，同时反应条件苛刻、严格。此外，上述常见生产方法也都是以石墨矿作为原材料，这种矿产资源是不可循环再生的，不利于石墨烯的大规模生产。如何通过低成本、规模化、生产步骤简单、无毒环保的制备方法获得高质量、低成本的石墨烯，成为了这一领域的研究热点。

发明内容

发明人经大量研究发现，传统的石墨烯生产方法存在石墨烯制备成本高、石墨烯制作工艺复杂等诸多不足。激光诱导方法制备石墨烯是一种新型的石墨烯制备方法，其原理为使用激光诱导，使前驱体转化为石墨烯，这种方法可以实现在常温、无保护气氛的条件下，低成本的制备石墨烯材料。

在实现本发明的过程中，发明人发现激光诱导的方法，在制备激光诱导石墨烯（LIG）时容易出现裂纹、不够平整，基材容易发生扭曲、断裂，制备的LIG与基材结合不牢容易脱落等问题。

在实现本发明的过程中，发明人提供了一种石墨烯层状复合材料，该石墨烯层状复合材料包括基材层、石墨烯功能层。石墨烯功能层含有激光诱导石墨烯。石墨烯层状复合材料中含有纤维素，纤维素分散于基材层与石墨烯功能层。在石墨烯层状复合材料的结构中，部分纤维素连接了基材层与石墨烯功能层，其进入石墨烯功能层的部分转变为了碳化纤维素；部分纤维素与碳化纤维素分子互相缠结形成网状结构，部分激光诱导石墨烯嵌套于该网状结构中。石墨烯层状复合材料因其具备的特殊结构，克服了石墨烯功能层与基材层结合不牢靠的问题，使得石墨烯功能层与基材层可以结合牢靠不易脱落，并实现了优异的柔性、耐候性等特点。

在实现本发明的过程中，发明人提供了一种石墨烯层状复合材料的制备方法，该制备方法使用纤维素复合LIG前驱体的层状LIG基材作为激光诱导石墨烯的原料制备石墨烯层状复合材料。通过有效的设定前驱体的配方、激光的波长、强度等参数，可以制备一种新型的石墨烯层状复合材料。在石墨烯层状复合材料的结构中，部分纤维素连接了基材层与石墨烯功能层，其进入石墨烯功能层的部分转变为了碳化纤维素；部分纤维素与碳化纤维素分子互相缠结形成网状结构，部分激光诱导石墨烯嵌套于该网状结构中。石墨烯层状复合材料因其具备的特殊结构，克服了石墨烯功能层与基材层结合不牢靠的问题，使得石墨烯功能层与基材层可以结合牢靠不易脱落，并实现了优异的柔性、耐候性等特点。

发明人提供的石墨烯层状复合材料可应用于柔性传感器、智能加热装置、纳米摩擦发电机、自清洁过滤器、超级电容等领域。

实施例1. 一种石墨烯层状复合材料，包含基材层、石墨烯功能层，其中，在所述石墨烯层状复合材料中含有纤维素，所述石墨烯功能层包括激光石墨烯，所述纤维素分散于基材与石墨烯功能层，处于石墨烯功能层的纤维素全部或部分转化为了碳化纤维素。