本发明属于石墨烯薄膜
技术领域：
，具体涉及一种多孔石墨烯薄膜的制备方法。
背景技术：
：石墨烯是由碳原子通过sp2杂化构成的六角蜂巢状二维网格结构的一种新型炭材料，其厚度仅为0.335nm，是目前世界上最薄的纳米材料。2004年由英国曼彻斯特大学的两位科学家andregeim和konstantinnovoselov发现，并因此获得了2010年度的诺贝尔物理学奖。石墨烯是人类已知强度最高，导电性、导热性最好的材料，拥有众多令人神往的发展前景，然而要实现在诸多领域的广泛应用，需要解决的关键问题是如何能够以石墨烯为基本单元构建宏观石墨烯基材料。在迄今为止的石墨烯基多孔材料的合成方法中，主要有高超等以石墨烯和碳纳米管协同组装成的超轻气凝胶。advancedmaterials、成会明等以泡沫金属作为生长基体利用化学气相沉积法制备的三维连通网络结构的泡沫状石墨烯体材料、王训等用贵金属和氧化石墨烯构建的三维自组装体[、石高全等利用水热法制备的石墨烯自组装水凝胶等，然而上述方法需要使用昂贵的稀有金属，且反应条件苛刻，对设备要求高，产量低，成本高等因素都制约了其大批量生产。技术实现要素：针对现有技术中的问题，本发明提供一种多孔石墨烯薄膜的制备方法，具有可操作性强，成本低，适于工业化生产等优点。为实现以上技术目的，本发明的技术方案是：一种多孔石墨烯薄膜的制备方法，包括如下步骤：步骤1，将石墨烯加入至无水乙醇中搅拌均匀，然后加入聚乙烯吡咯烷酮，超声分散形成石墨烯分散液；步骤2，将聚酰胺加入至石墨烯分散液中，然后加入增稠剂搅拌形成反应液；步骤3，将反应液加入至减压蒸馏反应釜中减压蒸馏反应1-4h，得到预制液；步骤4，将预制液加入至静电纺丝装置中静电纺丝反应2-5h，得到混合石墨烯纤维，混编得到混合石墨烯薄膜；步骤5，将混合石墨烯薄膜加入至甲醇溶液中密封曝气反应2-4h，然后取出薄膜洗涤烘干，得到多孔石墨烯薄膜。所述步骤1中石墨烯在无水乙醇中的浓度为10-30g/l，所述聚乙烯吡咯烷酮的加入量是石墨烯质量的10-20％。所述步骤1中的超声分散的超声频率为20-35khz，超声温度为30-50℃，超声时间为20-40min。所述步骤2中的聚酰胺的加入量是石墨烯质量的40-50％，所述增稠剂加入量是石墨烯质量的3-5％，所述搅拌的搅拌速度为2000-3000r/min。所述增稠剂采用羟乙基纤维素、甲基羟乙基纤维素、乙基羟乙基纤维素中的一种。所述步骤3中的减压蒸馏反应的压力为大气压的70-80％，温度为70-90℃，所述预制液的体积是反应液体积的20-30％。所述步骤4中的静电纺丝的电压30-60kv，喷头孔径为0.6-0.8mm，接收距离为15-25cm。所述步骤5中的混合石墨烯薄膜在甲醇中的浓度为20-50g/l。所述密封曝气反应的密封压力为0.5-0.9mpa，曝气气体为氮气，曝气气体的流速的10-15ml/min。所述步骤5中的洗涤采用无水乙醇，烘干温度为80-100℃。步骤1将石墨烯分散至无水乙醇中，并以聚乙烯吡咯烷酮作为分散剂直接作用至石墨烯表面，形成良好的分散体系，解决石墨烯易团聚的问题；超声的分散特性能够将石墨烯团聚颗粒进行破碎，形成分散体系。步骤2将聚酰胺加入至石墨烯分散液中搅拌，形成较为稳定的粘稠液，同时在增稠剂加入之后，反应液粘稠度大大提升。步骤3将反应液加入至减压蒸馏反应釜中减压蒸馏，能够形成预制液，预制液的粘稠度得到大幅度提高，同时无水乙醇的含量大幅度降低。步骤4将预制液进行静电纺丝反应，形成结构稳定的纤维，然后经过混编能够形成混合结构的石墨烯薄膜，此时的薄膜不仅能够利用聚乙烯吡咯烷酮和聚酰胺作为粘合剂，形成良好的连接效果，而且石墨烯之间也形成良好的连接性。步骤5将石墨烯薄膜加入至甲醇溶液中，其中，聚乙烯吡咯烷酮和聚酰胺能够在甲醇中溶解，形成孔洞，此时石墨烯薄膜内外形成多孔结构，曝气反应不仅能够增加甲醇的流动性，利用其气体破裂产生的力量冲击石墨烯薄膜表面的有机物，提升石墨烯薄膜表面有机物的溶解效率，而且曝气气体能够不断冲击孔洞，从而提升内层的溶解效果，保证其良好的有机物溶解效果；采用无水乙醇进行洗涤不仅将聚乙烯吡咯烷酮完全溶解，而且能够将增稠剂溶解，得到较为纯净的石墨烯薄膜。从以上描述可以看出，本发明具备以下优点：1.本发明具有可操作性强，成本低，适于工业化生产等优点。2.本发明采用乙醇作为成膜剂，能够将聚乙烯吡咯烷酮和聚酰胺溶解，形成稳定的粘稠悬浊液；采用甲醇作为溶解剂，能够将聚乙烯吡咯烷酮和聚酰胺溶解呈，从而形成多孔结构。3.本发明不需要采用降解等化学反应，能够大大降低工艺的污染，同时聚乙烯吡咯烷酮、聚酰胺等材料均可以回收利用。具体实施方式结合实施例详细说明本发明，但不对本发明的权利要求做任何限定。实施例1一种多孔石墨烯薄膜的制备方法，包括如下步骤：步骤1，将石墨烯加入至无水乙醇中搅拌均匀，然后加入聚乙烯吡咯烷酮，超声分散形成石墨烯分散液；步骤2，将聚酰胺加入至石墨烯分散液中，然后加入增稠剂搅拌形成反应液；步骤3，将反应液加入至减压蒸馏反应釜中减压蒸馏反应1h，得到预制液；步骤4，将预制液加入至静电纺丝装置中静电纺丝反应2h，得到混合石墨烯纤维，混编得到混合石墨烯薄膜；步骤5，将混合石墨烯薄膜加入至甲醇溶液中密封曝气反应2h，然后取出薄膜洗涤烘干，得到多孔石墨烯薄膜。所述步骤1中石墨烯在无水乙醇中的浓度为10g/l，所述聚乙烯吡咯烷酮的加入量是石墨烯质量的10％。所述步骤1中的超声分散的超声频率为20khz，超声温度为30℃，超声时间为20min。所述步骤2中的聚酰胺的加入量是石墨烯质量的40％，所述增稠剂加入量是石墨烯质量的3％，所述搅拌的搅拌速度为2000r/min。所述增稠剂采用羟乙基纤维素。所述步骤3中的减压蒸馏反应的压力为大气压的70％，温度为70℃，所述预制液的体积是反应液体积的20％。所述步骤4中的静电纺丝的电压30kv，喷头孔径为0.6mm，接收距离为15cm。所述步骤5中的混合石墨烯薄膜在甲醇中的浓度为20g/l。所述密封曝气反应的密封压力为0.5mpa，曝气气体为氮气，曝气气体的流速为10ml/min。所述步骤5中的洗涤采用无水乙醇，烘干温度为80℃。实施例2一种多孔石墨烯薄膜的制备方法，包括如下步骤：步骤1，将石墨烯加入至无水乙醇中搅拌均匀，然后加入聚乙烯吡咯烷酮，超声分散形成石墨烯分散液；步骤2，将聚酰胺加入至石墨烯分散液中，然后加入增稠剂搅拌形成反应液；步骤3，将反应液加入至减压蒸馏反应釜中减压蒸馏反应4h，得到预制液；步骤4，将预制液加入至静电纺丝装置中静电纺丝反应5h，得到混合石墨烯纤维，混编得到混合石墨烯薄膜；步骤5，将混合石墨烯薄膜加入至甲醇溶液中密封曝气反应4h，然后取出薄膜洗涤烘干，得到多孔石墨烯薄膜。所述步骤1中石墨烯在无水乙醇中的浓度为30g/l，所述聚乙烯吡咯烷酮的加入量是石墨烯质量的20％。所述步骤1中的超声分散的超声频率35khz，超声温度为50℃，超声时间为40min。所述步骤2中的聚酰胺的加入量是石墨烯质量的50％，所述增稠剂加入量是石墨烯质量的5％，所述搅拌的搅拌速度为3000r/min。所述增稠剂采用甲基羟乙基纤维素。所述步骤3中的减压蒸馏反应的压力为大气压的80％，温度为90℃，所述预制液的体积是反应液体积的30％。所述步骤4中的静电纺丝的电压为60kv，喷头孔径为0.8mm，接收距离为25cm。所述步骤5中的混合石墨烯薄膜在甲醇中的浓度为50g/l。所述密封曝气反应的密封压力为0.9mpa，曝气气体为氮气，曝气气体的流速为15ml/min。所述步骤5中的洗涤采用无水乙醇，烘干温度为100℃。实施例3一种多孔石墨烯薄膜的制备方法，包括如下步骤：步骤1，将石墨烯加入至无水乙醇中搅拌均匀，然后加入聚乙烯吡咯烷酮，超声分散形成石墨烯分散液；步骤2，将聚酰胺加入至石墨烯分散液中，然后加入增稠剂搅拌形成反应液；步骤3，将反应液加入至减压蒸馏反应釜中减压蒸馏反应3h，得到预制液；步骤4，将预制液加入至静电纺丝装置中静电纺丝反应4h，得到混合石墨烯纤维，混编得到混合石墨烯薄膜；步骤5，将混合石墨烯薄膜加入至甲醇溶液中密封曝气反应3h，然后取出薄膜洗涤烘干，得到多孔石墨烯薄膜。所述步骤1中石墨烯在无水乙醇中的浓度为20g/l，所述聚乙烯吡咯烷酮的加入量是石墨烯质量的15％。所述步骤1中的超声分散的超声频率为25khz，超声温度为40℃，超声时间为30min。所述步骤2中的聚酰胺的加入量是石墨烯质量的45％，所述增稠剂加入量是石墨烯质量的4％，所述搅拌的搅拌速度为2500r/min。所述增稠剂采用乙基羟乙基纤维素。所述步骤3中的减压蒸馏反应的压力为大气压的75％，温度为80℃，所述预制液的体积是反应液体积的25％。所述步骤4中的静电纺丝的电压为45kv，喷头孔径为0.7mm，接收距离为20cm。所述步骤5中的混合石墨烯薄膜在甲醇中的浓度为40g/l。所述密封曝气反应的密封压力为0.7mpa，曝气气体为氮气，曝气气体的流速的13ml/min。所述步骤5中的洗涤采用无水乙醇，烘干温度为90℃。性能检测实施例1实施例2实施例3比表面积m2/g235264298本发明公开的制备多孔石墨烯的方法大大增加了石墨烯材料的比表面积，从而增加石墨烯的电化学性能，广泛地应用于超级电容器、微电子等领域。综上所述，本发明具有以下优点：1.本发明具有可操作性强，成本低，适于工业化生产等优点。2.本发明采用乙醇作为成膜剂，能够将聚乙烯吡咯烷酮和聚酰胺溶解，形成稳定的粘稠悬浊液；采用甲醇作为溶解剂，能够将聚乙烯吡咯烷酮和聚酰胺溶解呈，从而形成多孔结构。3.本发明不需要采用降解等化学反应，能够大大降低工艺的污染，同时聚乙烯吡咯烷酮、聚酰胺等材料均可以回收利用。可以理解的是，以上关于本发明的具体描述，仅用于说明本发明而并非受限于本发明实施例所描述的技术方案。本领域的普通技术人员应当理解，仍然可以对本发明进行修改或等同替换，以达到相同的技术效果；只要满足使用需要，都在本发明的保护范围之内。当前第1页12