本發(fā)明涉及一種石墨烯基材料表面結(jié)構(gòu)取向控制的方法，尤其是涉及一種垂直取向石墨烯基材料的制備方法。
背景技術(shù)：
：2004年由英國科學(xué)家geim首次報道石墨烯以來，石墨烯大的比表面積、優(yōu)異的電學(xué)、力學(xué)、電化學(xué)等性能使其迅速成為國內(nèi)外研究熱點，其在場發(fā)射晶體管、化學(xué)/生物傳感器、能源存儲等方面也顯示出潛在的應(yīng)用。但是石墨烯往往會由于受π-π相互作用而團聚、堆積，導(dǎo)致比表面積縮小，電阻增大，性能大幅降低，從而限制其應(yīng)用。為了避免團聚，提高其性能，科學(xué)家們通過改變石墨烯的形貌結(jié)構(gòu)得到實現(xiàn)。通過將石墨烯及其衍生物形成三維石墨烯，降低團聚達到提高比表面積的目的，并在超級電容器等領(lǐng)域展示出優(yōu)異的性能。此外，通過改變石墨烯的取向，將石墨烯形成垂直取向，也成為避免石墨烯團聚的一種重要手段。目前，制備垂直取向石墨烯主要是采用等離子體氣相沉積法，通過改變氣體組分和比例、溫度等條件獲得。該方法對于設(shè)備要求高，條件較為苛刻。技術(shù)實現(xiàn)要素：本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種垂直取向石墨烯基材料的制備方法。本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)：一種垂直取向石墨烯基材料的制備方法，包括以下步驟：(1)取石墨烯基原料分散于溶劑中，得到石墨烯基分散液；(2)將步驟(1)制得的石墨烯基分散液過濾，得到石墨烯基薄膜；(3)將步驟(2)制得的石墨烯基薄膜極速冷凍并進行冷凍干燥，即得到所述垂直取向的石墨烯基材料。進一步的，步驟(1)中所述的石墨烯基原料為石墨烯、氧化石墨烯、化學(xué)還原氧化石墨烯或石墨烯復(fù)合物中的一種。上述中，氧化石墨烯和化學(xué)還原氧化石墨烯溶液是根據(jù)文獻(zhang,j.；yang,h.；shen,g.；cheng,p.；zhang,j.；guo,s.,chem.commun.2010,46,1112-1114.)制備得到。上述的這些材料具有一定的分散性，能夠分散于溶劑中，并且通過抽濾方式成膜性好。更進一步的，所述的石墨烯復(fù)合物為石墨烯/聚乙烯吡咯烷酮復(fù)合物和石墨烯/二氧化硅復(fù)合物。石墨烯/聚乙烯吡咯烷酮(crg/pvp)復(fù)合物是根據(jù)文獻(zhang,j.；shen,g.；wang,w.；zhou,x.；guo,s.；j.mater.chem.2010,20,10824)制備得到。石墨烯/二氧化硅復(fù)合物是根據(jù)文獻(zhang,q.；zhang,q.；xiong,z；wan,h.；chen,x.；li,h.；zou,h,；talanta146(2016)272–278)制備得到。步驟(1)中所述的溶劑為乙醇、水或二甲基甲酰胺(dmf)。步驟(1)中石墨烯基分散液的濃度為0.5～2g/l。步驟(3)中極速冷凍的條件為：置于液氮或干冰中。步驟(3)中的干燥為：置于冷凍干燥機中干燥，時間為6-24h。本發(fā)明制備垂直取向石墨烯基材料的原理為：首先將石墨烯基原料分散于溶劑中，然后采用抽濾方式等成膜，最后將成膜后的產(chǎn)品置于液氮或干冰中極冷，對薄膜中的少量溶劑快速冷凍，再通過后續(xù)的冷凍干燥，使得薄膜中冷凍的溶劑升華，進而使石墨烯基薄膜上形成垂直取向。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明可以在石墨烯及其衍生物薄膜表面形成垂直取向結(jié)構(gòu)，制備工藝和實驗設(shè)備簡單，便于大規(guī)模量產(chǎn)，產(chǎn)品的電學(xué)性能可得到增強。附圖說明圖1為本發(fā)明實施例1制得的垂直取向的石墨烯基材料。具體實施方式下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明進行詳細說明。實施例1將60mg氧化石墨烯(go)溶于30ml去離子水中形成濃度為2mg/ml的go溶液。將制備得到的2mg/ml氧化石墨烯溶液取1ml樣品，使用砂芯抽濾裝置進行氧化石墨烯薄膜的制備，制備得到面積為1*1cm2，質(zhì)量為2mg的氧化石墨烯薄膜。將薄膜放入液氮中快速冷凍，取出后冷凍干燥機中干燥12h，得到垂直取向的氧化石墨烯材料。對氧化石墨烯材料進行形貌表征，其結(jié)果如圖1所示。四探針法測電阻如表1所示。實施例2將60mg石墨烯溶于30ml去離子水中形成濃度為2mg/ml的go溶液。將制備得到的2mg/ml石墨烯溶液取1ml樣品，使用砂芯抽濾裝置進行石墨烯薄膜的制備，制備得到面積為1*1cm2，質(zhì)量為2mg的石墨烯薄膜。將薄膜放入干冰中快速冷凍，取出后冷凍干燥機中干燥12h，得到垂直取向的石墨烯材料。實施例3采用化學(xué)還原氧化石墨烯(crgo)分散于超純水中制備得到濃度為2mg/ml的crgo均勻溶液。將制備得到的2mg/mlcrgo溶液取1ml樣品，使用砂芯抽濾裝置進行crgo薄膜的制備，制備得到面積為1*1cm2，質(zhì)量為2mg的crgo薄膜。將薄膜放入液氮中極速冷凍，取出后冷凍干燥機中干燥12h，得到垂直取向的化學(xué)還原氧化石墨烯材料。四探針法測電阻如表1所示。實施例4采用crgo分散于dmf中制備得到濃度為0.5mg/ml的crgo分散液。將制備得到的0.5mg/mlcrgo溶液取8ml樣品，使用砂芯抽濾裝置進行crgo薄膜的制備，制備得到面積為1*1cm2，質(zhì)量為2mg的crgo薄膜。將薄膜放入干冰中極速冷凍，并將樣品冷凍干燥12h，得到垂直取向的化學(xué)還原氧化石墨烯材料。實施例5將30mg石墨烯/二氧化硅分散于30ml乙醇中形成濃度為1mg/ml的溶液。將制備得到的1mg/ml石墨烯/二氧化硅溶液取2ml樣品，使用砂芯抽濾裝置進行氧化石墨烯薄膜的制備，制備得到面積為1*1cm2，質(zhì)量為2mg的氧化石墨烯薄膜。將薄膜放入液氮中冷凍，取出后冷凍干燥機中干燥12h，得到垂直取向的氧化石墨烯材料。實施例6采用石墨烯/聚乙烯吡咯烷酮(crg/pvp)分散于去離子水中制備得到濃度為1mg/ml的分散液。將制備得到的溶液取2ml樣品，使用砂芯抽濾裝置進行石墨烯復(fù)合物薄膜的制備，制備得到面積為1*1cm2，質(zhì)量為2mg的石墨烯復(fù)合物薄膜。將薄膜放入干冰中極速冷凍，取出后冷凍干燥機中干燥12h，得到垂直取向的石墨烯復(fù)合物材料。表1go薄膜和crgo薄膜分別經(jīng)過垂直取向處理前后的平均電阻率薄膜種類處理前/平均電阻率(kω·cm)處理后/平均電阻率(kω·cm)go52.1710.50crgo6.66×10-53.36×10-5由上表可知，go薄膜和crgo薄膜經(jīng)過處理后，電阻率明顯下降，導(dǎo)電性能提高。上述的對實施例的描述是為便于該
技術(shù)領(lǐng)域：
的普通技術(shù)人員能理解和使用發(fā)明。熟悉本領(lǐng)域技術(shù)的人員顯然可以容易地對這些實施例做出各種修改，并把在此說明的一般原理應(yīng)用到其他實施例中而不必經(jīng)過創(chuàng)造性的勞動。因此，本發(fā)明不限于上述實施例，本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明的揭示，不脫離本發(fā)明范疇所做出的改進和修改都應(yīng)該在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。當(dāng)前第1頁12