[发明专利]一种石墨烯-铜复合柔性电极制备工艺及装置

说明书

本发明公开了一种石墨烯‑铜复合柔性电极制备工艺及装置，涉及石墨烯基复合材料领域，在PI膜(聚酰亚胺薄膜)上涂覆CuC₂O₄(草酸铜)粉末层，将涂覆有CuC₂O₄粉末层的PI膜放置在激光下进行辐照得到石墨烯‑CuO复合材料，将石墨烯‑CuO复合材料从PI基底上剥离后置于高温炉中进行还原得到石墨烯‑铜复合材料，将石墨烯‑铜的复合材料转移到硅胶基底，多层叠放对压得到石墨烯‑铜柔性电极。由于石墨烯以及铜均匀分布而展现出的良好力学性能以及电学性能，结合上硅胶基底的柔性，使其可作为柔性电极在传感器以及微电子器件等诸多电子领域进行广泛的应用。

技术领域

本发明涉及石墨烯基复合材料领域，尤其涉及到一种石墨烯-铜复合柔性电极制备工艺及装置。

背景技术

石墨烯是一种单原子层的、碳原子晶格排布成蜂窝状的新型材料，在物理、化学和材料科学中具有重要的应用价值。由于具有独特的晶格和电子结构，石墨烯表现出了一些非常优异的性能，如高的比表面积(2630m²·g^-1)、高载流子迁移率(250000cm²·V^-1·s^-1)、高热导率(约为3000W·m^-1·K^-1)、高透过率(可见光和近红外光的吸收仅为2.3％)、优异的力学性能(杨氏模量为1×10¹²Pa，固有强度为130GPa)、良好的化学稳定性和生物相容性等。

石墨烯的这些性质使其成为复合材料领域的一种理想的增强体，有望开发出功能多样的石墨烯基复合材料，解决传统材料在应用中面临的困难。铜基复合材料因其高的导电导热性和良好的加工性能等，在电工电子、汽车、航空航天等领域得到了广泛的应用。石墨和碳纤维等作为铜基复合材料的增强体虽然能够提高其机械性能，却降低了相较于理论上获得的复合材料的导电导热性，在一些复杂领域难以得到应用乃至普及。通过利用石墨烯作为增强体的石墨烯-铜复合材料有望得到解决上述难题的策略。

目前石墨烯-铜复合材料主要的制备手段是从外部引入石墨烯乃至氧化石墨烯，使石墨烯或氧化石墨烯作为增强剂镶嵌于金属基体中。如何保证金属基体中石墨烯的分散均匀是一项难题；石墨烯分布不均匀导致其颗粒之间发生的团聚更会使得到复合材料的性能不能达到理想效果。这一问题的难度主要体现在以下两点：

(1)两种材料之间的密度差异(ρ_石墨烯1g/cm³，ρ_铜＝8.9g/cm ³)使得常规的粉末混合很难达到均匀；

(2)传统制备石墨烯金属复合材料在加工过程中会由于石墨烯较差的润湿行为(C-C键表现为强疏水结构)，从而导致很容易发生团聚，难以在金属基体中均匀分散；

因此只有解决上述问题，实现复合材料中石墨烯在金属中的均匀分布，才能真正的充分利用石墨烯在力学、电学和热学方面的优异性能，为制备柔性电极提供更好的选择。

草酸铜作为一种不需要在氧气环境下就可以通过热分解制备铜纳米颗粒的材料，在空气中性质稳定，受热条件下还可以分解产生氧化铜。

发明内容

针对现有技术中存在的不足，本发明提供了一种新型的石墨烯-铜复合柔性电极制备工艺，通过激光诱导PI膜生成石墨烯的基础上引入草酸铜，实现了石墨烯-铜复合材料的制备，通过对压的工艺获得了石墨烯-铜复合柔性电极。

本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。

一种石墨烯-铜复合材料的制备方法，在PI膜(聚酰亚胺薄膜)上涂覆CuC₂O₄(草酸铜)粉末层，将涂覆有CuC₂O₄粉末层的PI膜放置在激光下进行辐照得到石墨烯-CuO复合材料，将石墨烯-CuO复合材料从PI基底上剥离后置于高温炉中进行还原得到石墨烯-铜复合材料。