一種以提拉法制備平整石墨烯薄膜的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種以提拉法制備平整石墨烯薄膜的方法。其步驟為：將氧化石墨烯加入超純水中并經(jīng)超聲處理配成均勻的氧化石墨烯水溶液；依次使用食人魚溶液和3?氨丙基三乙氧基硅烷的甲苯溶液對玻璃基底進(jìn)行預(yù)處理；將預(yù)處理后的玻璃基底浸入制得的氧化石墨烯水溶液中并勻速提出以制得氧化石墨烯薄膜；利用水合肼蒸汽將制得氧化石墨烯薄膜還原為石墨烯薄膜。本發(fā)明所用提拉技術(shù)操作簡單、成本低廉、易于控制，制得石墨烯薄膜平整、均勻且易于進(jìn)行功能化修飾。
【專利說明】
一種以提拉法制備平整石墨烯薄膜的方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本發(fā)明屬于納米材料制備領(lǐng)域，具體涉及一種以提拉法制備平整石墨稀薄膜的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]石墨烯是目前最理想的二維納米材料，是近十年來納米碳材料領(lǐng)域內(nèi)最耀眼的明星，其獨特的二維晶體結(jié)構(gòu)，賦予了它一系列獨特的物理化學(xué)特性。由石墨烯制成的薄膜具有化學(xué)穩(wěn)定性好、透明度高、導(dǎo)電性強(qiáng)、機(jī)械強(qiáng)度大、生物相容性好等一系列優(yōu)點，在光電元件、組織培養(yǎng)等諸多領(lǐng)域有著巨大的應(yīng)用前景，已成功吸引了相關(guān)領(lǐng)域的諸多研究興趣，并正逐步成為研究熱點。
[0003]在誘人的研究前景下，真空抽濾法、旋轉(zhuǎn)涂覆法、噴射涂覆法、化學(xué)氣相沉積法等多種鍍膜方式已被成功應(yīng)用于石墨烯薄膜的制備，且制得薄膜可以沉積或轉(zhuǎn)移到如玻璃、石英、硅片、不飽合聚酯等各式基底上。
[0004]然而，當(dāng)前對石墨薄膜的研究還處于初級研究階段，鍍膜方法還存在著薄膜均勻性差、粗糙度大、制備成本高、制備工藝復(fù)雜、難以實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)等一系列缺陷。
[0005]提拉鍍膜工藝設(shè)備簡單、投資少、成本低廉，是制作光學(xué)高性能膜的好方法。其基本流程為將基底勻速下降浸漬在溶液內(nèi)靜置一段時間，再勻速提拉出來，隨著溶劑的揮發(fā)完全，基體表面會逐漸形成致密的膜。相比其他鍍膜方法，提拉鍍膜均勻度高，薄膜顆粒尺寸均一，活性好，操作方便，不需要抽真空，具有制備形狀復(fù)雜及大面積膜的能力，易于實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。業(yè)內(nèi)雖有一些采用提拉法制備石墨烯薄膜嘗試，但鍍得石墨烯薄膜褶皺較多，粗糙度較大，相關(guān)工藝有待進(jìn)一步優(yōu)化。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于提供一種以提拉法制備平整石墨烯薄膜的方法。本發(fā)明所用提拉技術(shù)操作簡單、成本低廉、易于控制，制得石墨烯薄膜平整、均勻且易于進(jìn)行功能化修飾。
[0007]實現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)解決方案是:一種以提拉法制備平整石墨烯薄膜的方法，包括以下步驟:
步驟1:玻璃基底的預(yù)處理
將玻璃基底置于食人魚溶液中浸泡，取出后依次用乙醇與超純水清洗；
將清洗后的玻璃基底置于3-氨丙基三乙氧基硅烷的甲苯溶液中預(yù)處理，取出后依次用甲苯、乙醇與超純水清洗；
步驟2:氧化石墨烯薄膜的制備
將經(jīng)步驟I預(yù)處理后的玻璃基底浸入氧化石墨烯水溶液中，采用提拉法制得氧化石墨稀薄膜；
步驟3:石墨烯薄膜的制備
將步驟2覆有氧化石墨烯薄膜的玻璃基底于真空環(huán)境下采用水合肼還原得到所述的石墨稀薄膜。
[0008]優(yōu)選地，所述步驟I中，食人魚溶液是將98wt%濃硫酸與30wt%雙氧水的按體積比為7:3-3:1混合后的溶液;浸泡時間為0.5?4小時。
[0009]優(yōu)選地，所述步驟I中，3-氨丙基三乙氧基硅烷的甲苯溶液中3-氨丙基三乙氧基硅烷的體積濃度為3%;預(yù)處理時間為0.5小時。
[0010]優(yōu)選地，所述步驟2中，氧化石墨烯水溶液的濃度為0.1?2.0 mg/ml;提拉速度為200?700nm/so
[0011]優(yōu)選地，所述步驟3中，還原時間為24?72小時。
[0012]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)勢:
(I)本發(fā)明所用提拉技術(shù)操作簡單、成本低廉、易于控制。
[0013](2)本發(fā)明鍍得石墨烯薄膜平整、均勻。
[0014](3)本發(fā)明易于對所鍍石墨烯薄膜進(jìn)行功能化修飾。
[0015](4)可在本發(fā)明基礎(chǔ)上通過簡單調(diào)整提拉速度來控制石墨烯表面褶皺的出現(xiàn)。
【附圖說明】
[0016]圖1為對比例中未使用提拉工藝所制得的氧化石墨烯薄膜的原子力顯微鏡圖。
[0017]圖2為本發(fā)明實施例1所制得的氧化石墨烯薄膜的原子力顯微鏡圖。
[0018]具體實施方法
下面結(jié)合具體實施例，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。應(yīng)理解，這些實施例僅用于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍。此外應(yīng)理解，在閱讀了本發(fā)明講授的內(nèi)容之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對本發(fā)明作各種改動或修改，這些等價形式同樣落于本申請所附權(quán)利要求書所限定的范圍。
[0019]對比例
(I)稱取0.02克氧化石墨烯溶于20毫升超純水中，超聲處理2小時得均勻的1.0毫克每毫升的氧化石墨烯水溶液。
[0020](2)量取21毫升98%的濃硫酸與9毫升30%的雙氧水配制為食人魚溶液，將玻璃載玻片置入其中刻蝕2小時后，取出后依次用乙醇與超純水清洗。
[0021](3)量取29毫升的甲苯與I毫升的3-氨丙基三乙氧基硅烷配為溶液，將食人魚溶液刻蝕后的載玻片置入其中處理30分鐘，取出后依次用甲苯、乙醇與超純水清洗。
[0022](4)將預(yù)處理過后的載玻片置入制得的氧化石墨烯溶液中，浸泡5小時后取出并烘干。
[0023](5)將鍍有氧化石墨烯薄膜的玻璃基底置入玻璃真空干燥器中，滴入2?3滴水合肼后抽真空，還原24小時后取出。
[0024]該例中所得氧化石墨烯薄膜的原子力顯微鏡圖見圖1。
[0025]實施例1
(I)稱取0.02克氧化石墨烯溶于20毫升超純水中，超聲處理2小時得均勻的1.0毫克每毫升的氧化石墨烯水溶液。
[0026](2)量取21毫升98%的濃硫酸與9毫升30%的雙氧水配制為食人魚溶液，將玻璃載玻片置入其中刻蝕2小時后，取出后依次用乙醇與超純水清洗。
[0027](3)量取29毫升的甲苯與I毫升的3-氨丙基三乙氧基硅烷配為溶液，將食人魚溶液刻蝕后的載玻片置入其中處理30分鐘，取出后依次用甲苯、乙醇與超純水清洗。
[0028](4)以預(yù)處理過后的載玻片為基底，在制得的氧化石墨烯溶液中，采用提拉鍍膜的方法制備氧化石墨烯薄膜，提拉速度控制為500納米每秒。
[0029](5)將鍍有氧化石墨烯薄膜的玻璃基底置入玻璃真空干燥器中，滴入2?3滴水合肼后抽真空，還原24小時后取出。
[0030]該例中所得氧化石墨烯薄膜的原子力顯微鏡圖見圖2。
[0031 ]圖1中薄膜表面的高度起伏在20nm以上，且存在大量連續(xù)的、層次感鮮明的“山脈”狀褶皺;圖2中薄膜表面的高度起伏在1nm左右，突出部并不連貫。對比圖1、圖2兩幅原子力顯微鏡圖可知，提拉工藝可明顯抑制薄膜上褶皺的出現(xiàn)，改善所鍍氧化石墨烯薄膜的平整度。
[0032]實施例2
(I)稱取0.03克氧化石墨烯溶于20毫升超純水中，超聲處理3小時得均勻的1.5毫克每毫升的氧化石墨烯水溶液。
[0033](2)量取21毫升98%的濃硫酸與9毫升30%的雙氧水配制為食人魚溶液，將玻璃載玻片置入其中刻蝕2小時后，取出后依次用乙醇與超純水清洗。
[0034](3)量取29毫升的甲苯與I毫升的3-氨丙基三乙氧基硅烷配為溶液，將食人魚溶液刻蝕后的載玻片置入其中處理30分鐘，取出后依次用甲苯、乙醇與超純水清洗。
[0035](4)以預(yù)處理過后的載玻片為基底，在制得的氧化石墨烯溶液中，采用提拉鍍膜的方法制備氧化石墨烯薄膜，提拉速度控制為250納米每秒。
[0036](5)將鍍有氧化石墨烯薄膜的玻璃基底置入玻璃真空干燥器中，滴入2?3滴水合肼后抽真空，還原48小時后取出。
[0037]該例中所得氧化石墨烯薄膜的原子力顯微鏡圖與圖2相似。
[0038]實施例3
(I)稱取0.01克氧化石墨烯溶于20毫升超純水中，超聲處理I小時得均勻的0.5毫克每毫升的氧化石墨烯水溶液。
[0039](2)量取21毫升98%的濃硫酸與9毫升30%的雙氧水配制為食人魚溶液，將玻璃載玻片置入其中刻蝕2小時后，取出后依次用乙醇與超純水清洗。
[0040](3)量取29毫升的甲苯與I毫升的3-氨丙基三乙氧基硅烷配為溶液，將食人魚溶液刻蝕后的載玻片置入其中處理30分鐘，取出后依次用甲苯、乙醇與超純水清洗。
[0041](4)以預(yù)處理過后的載玻片為基底，在制得的氧化石墨烯溶液中，采用提拉鍍膜的方法制備氧化石墨烯薄膜，提拉速度控制為700納米每秒。
[0042](5)將鍍有氧化石墨烯薄膜的玻璃基底置入玻璃真空干燥器中，滴入2?3滴水合肼后抽真空，還原24小時后取出。
[0043]該例中所得氧化石墨烯薄膜的原子力顯微鏡圖與圖2相似。
【主權(quán)項】
1.一種以提拉法制備平整石墨烯薄膜的方法，其特征在于，包括以下步驟: 步驟1:玻璃基底的預(yù)處理 將玻璃基底置于食人魚溶液中浸泡，取出后依次用乙醇與超純水清洗； 將清洗后的玻璃基底置于3-氨丙基三乙氧基硅烷的甲苯溶液中預(yù)處理，取出后依次用甲苯、乙醇與超純水清洗； 步驟2:氧化石墨烯薄膜的制備 將經(jīng)步驟I預(yù)處理后的玻璃基底浸入氧化石墨烯水溶液中，采用提拉法制得氧化石墨稀薄膜； 步驟3:石墨烯薄膜的制備 將步驟2覆有氧化石墨烯薄膜的玻璃基底于真空環(huán)境下采用水合肼還原得到所述的石墨稀薄膜。2.如權(quán)利要求1所述的以提拉法制備平整石墨烯薄膜的方法，其特征在于，步驟I中，食人魚溶液是將98^%濃硫酸與30wt%雙氧水的按體積比為7: 3?3:1混合后的溶液;浸泡時間為0.5?4小時。3.如權(quán)利要求1所述的以提拉法制備平整石墨烯薄膜的方法，其特征在于，步驟I中，3-氨丙基三乙氧基硅烷的甲苯溶液中3-氨丙基三乙氧基硅烷的體積濃度為3%;預(yù)處理時間為0.5小時。4.如權(quán)利要求1所述的以提拉法制備平整石墨烯薄膜的方法，其特征在于，步驟2中，氧化石墨稀水溶液的濃度為0.1?2.0 mg/ml;提拉速度為200?700nm/s。5.如權(quán)利要求1所述的以提拉法制備平整石墨烯薄膜的方法，其特征在于，步驟3中，還原時間為24?72小時。
【文檔編號】C03C17/22GK105948526SQ201610273422
【公開日】2016年9月21日
【申請日】2016年4月28日
【發(fā)明人】馮章啟, 聶曉磊, 李家城
【申請人】南京理工大學(xué)