[发明专利]柔性金属表面功能化石墨烯复合薄膜的制备方法

摘要

本发明属于纳米材料与技术领域，提供了一种柔性金属表面功能化石墨烯复合薄膜的制备方法，步骤如下：(1)氧化石墨烯片层的制备；(2)功能化氧化石墨烯片层的制备；(3)利用上述制备的还原氧化石墨烯片层溶液或功能化氧化石墨烯片层溶液，通过热‑机械蒸发法在不同柔性金属基片上形成耐腐蚀性薄膜。本发明的有益效果：(1)生产成本低；(2)金属基体的选择范围更广；(3)功能化设计更易实现。

主权项

1.一种柔性金属表面功能化石墨烯复合薄膜的制备方法，其特征在于，步骤如下：(1)氧化石墨烯片层的制备氧化石墨的制备：首先由质量百分比为2％的鳞片石墨、3％的硝酸钾以及95％的浓硫酸组成混合溶液，按照浓硫酸、鳞片石墨及硝酸钾顺序依次加入，搅拌均匀5min后，溶液颜色变化依次为黑‑紫‑绿，然后在上述混合溶液中加入质量百分比为8％的高锰酸钾，并在35‑45℃温度条件下搅拌3小时，得新的混合溶液；再按新的混合溶液与去离子水的体积比为1：4添加去离子水，并加热至温度65‑80℃，以800‑1000rpm转速持续20‑90分钟；进一步按去离子水与过氧化氢的体积比为4：1添加过氧化氢，搅拌1‑4小时，调节反应液的pH值为5‑6，离心获得液体和固体分离相，再利用甲醇溶液离心除去残余的片层固体，得到氧化‑石墨；氧化石墨烯片层的制备：将质量百分比为10％的水合肼加入分离后的氧化‑石墨中还原2‑4小时，然后将水合肼与去离子水按体积比1:200混合反应，将反应后的溶液在80℃温度条件下反应800min，制备得到还原氧化石墨烯片层；(2)功能化氧化石墨烯片层的制备以质量分数0.3％‑0.6％的还原氧化石墨烯片层作为改性主体，通过稀土掺杂无机离子的复合实现还原氧化石墨烯片层表面功能性改性，加入质量分数分别为0.5％‑0.8％水合肼、4‑8％的氧氯化物、0.2％‑0.4％的乳酸、0.02％‑0.06％功能性稀土离子、1％‑3％的甘油以及85‑95％去离子水混合，进行反复超声反应搅拌分散，调节上述混合溶液的PH值在4‑6的范围内；将该混合溶液保持温度在150‑170℃，反应时间20‑30小时；最后，将反应液离心沉降，用蒸馏水和无水乙醇洗涤，进行控温80℃烘干处理，得到稀土掺杂纳米ZrO₂改性的氧化石墨烯纳米片层，即为功能化氧化石墨烯片层；(3)利用上述制备的还原氧化石墨烯片层溶液或功能化氧化石墨烯片层溶液，通过热‑机械蒸发法在不同柔性金属基片上形成耐腐蚀性薄膜首先利用丙酮溶液进行柔性金属基片的表面清洗，再利用质量分数为3.5％的氢氧化钠溶液侵蚀3‑5s柔性金属基片；或再采取表面预热处理进而活化金属表面原子的预处理方式，预热温度为80‑150℃，活化时间为1‑2.5小时；然后，将处理过的柔性金属基片置于密闭容器顶部，且将需要进行薄膜沉积的柔性金属的表面朝下进行固定，同时利用热‑机械蒸发工艺对密闭容器中的混合溶液不停地搅拌、加热和蒸发，其中，热‑机械蒸发工艺温度控制在80‑200℃，以1500‑2000rpm的转速及持续时间为30min‑3h控制薄膜的生长厚度，进而制备氧化石墨烯或功能化的石墨烯沉积膜，最后通过保护气体使得氧化石墨烯或功能化氧化石墨烯薄膜进行干燥处理。