一种提高石墨烯膜表面亲水性的方法与流程

本发明属于石墨烯薄膜改性技术领域，更具体地，涉及一种提高石墨烯膜表面亲水性的方法。

背景技术：

石墨烯，是一种由碳原子以sp2杂化轨道组成六角型呈蜂巢晶格的平面薄膜材料，具有许多潜在的应用，例如用在柔性电子、高效晶体管以及新型传感器等方面。为了进一步加大石墨烯材料的应用，人们需要解决许多难题，主要包括大规模量产以及在不同的环境中仍要保持其独特性质的技术问题等。Yang等人经实验发现单层石墨烯的水接触角为92.5°，这一性质严重限制其亲水性及其相关应用。Koratkar等人通过研究发现采用控制石墨烯片表面的粗糙度和表面化学能可以调整石墨烯的接触角从而增加其亲水性(Rafiee J,Rafiee M A,Yu Z Z,et al.Superhydrophobic tosuperhydrophilic wetting control in graphene films[J].Advanced materials,2010,22(19):2151-2154.)。

然而，该现有技术中的石墨烯片是从石墨中剥离下来的，在该剥离的过程中需要通过氧化处理使石墨烯片表面带有羧基、羟基等官能团，这种方法需要引入一些强氧化剂，对环境有一定破坏性，此外，文献中还提到，只是氧化处理这一步骤就要经过96小时，加上后续的其他步骤，说明实验周期比较长。因此，有关增强石墨烯片亲水性的现有技术仍然存在较多缺陷，使得石墨烯材料的应用大大受限。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种提高石墨烯膜表面亲水性的方法，从而解决现有技术中提高石墨烯膜表面亲水性的方法操作复杂、耗时长、污染环境，进而使得石墨烯应用受限的问题。

为了解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

提供一种提高石墨烯膜表面亲水性的方法，包括以下步骤：1)配置表面活性剂溶液；以及2)将石墨烯薄膜与衬底的结合体在所述表面活性剂溶液中放置一定时间。

所述步骤1)中的表面活性剂溶液由阴离子表面活性剂，阳离子表面活性剂以及非离子表面活性剂中的一种溶解于一溶剂中配置而成。

所述表面活性剂包括：十二烷基硫酸钠、十六烷基三甲基溴化铵或聚环氧乙烷基铵。

所述溶剂是去离子水或热乙醇。

所述步骤1)中的表面活性剂溶液的浓度为0.1～150g/L。

所述步骤2)中将石墨烯薄膜和衬底的结合体在所述表面活性剂溶液中放置的时间根据所述表面活性剂溶液浓度的不同而不同。

所述步骤2)是将石墨烯薄膜和衬底的结合体浸没到所述表面活性剂溶液中。

所述步骤2)中的衬底选自：Si/SiO₂，玻璃，蓝宝石，金属，云母，聚四氟乙烯，聚对苯二甲酸乙二醇酯，聚酰亚胺中的一种。

优选地，所述表面活性剂溶液是1g/L的十二烷基硫酸钠溶液。

所述石墨烯薄膜通过化学气相沉积法(CVD)在衬底上生长获得。

根据本发明所提供的方法，其工作原理为：利用表面活性剂的亲水疏水基团实现对石墨烯膜表面的亲疏水性的调节。由于表面活性剂的分子结构具有两亲性，一端为亲水基团，另一端为疏水基团。当石墨烯薄膜浸没到表面活性剂溶液中，表面活性剂的疏水基团能够吸附在同样具有疏水性的石墨烯膜界面，从而使石墨烯薄膜表面因为表面活性剂的亲水基团而具有亲水性。

根据本发明提供的方法，其相对现有技术具有以下显著的优越性：

首先，通过将石墨烯膜浸入表面活性剂溶液中短短数秒钟的时间即可简单快速地提高石墨烯膜的亲水性，相比现有技术中超过96小时的处理时间，实验周期显著缩短，大大节约了时间成本，并且操作简单，节省了人工成本、材料成本；

其次，该方法还具有环境友好性，避免了现有技术中所采用的具有一定环境污染的氧化处理操作，而且所使用的表面活性剂溶液对环境没有破坏作用，因此适宜大幅推广；

再次，根据本发明提供的方法不受石墨烯膜尺寸的限制；

最后，由于提高了石墨烯膜的亲水性，还进一步扩大了石墨烯材料的应用领域。

附图说明

图1示出了转移到Si/SiO₂衬底上的石墨烯膜在表面活性剂处理前后的亲疏水性，其中，a)为处理前，b)为处理后；

图2示出了生长在铜衬底上的石墨烯膜(不转移)在表面活性剂处理前后的亲疏水性，其中，a)为处理前，b)为处理后；

图3示出了转移到PI膜上的石墨烯膜在表面活性剂处理前后的亲疏水性，其中，a)为处理前，b)为处理后。

具体实施方式

以下结合具体实施例，对本发明做进一步说明。应理解，以下实施例仅用于说明本发明而非用于限制本发明的范围。

实施例1：

配置十二烷基硫酸钠溶液：称取0.1g十二烷基硫酸钠，倒入100ml水溶液中，配置浓度为1g/L的溶液并不断搅拌，直到十二烷基硫酸钠完全溶解。

将Si/SiO₂和石墨烯的结合体浸没到表面活性剂十二烷基硫酸钠溶液中静置60s，取出并吹干，所得到的石墨烯呈现亲水性，如图1所示。

实施例2：

配置十二烷基硫酸钠溶液：称取1g十二烷基硫酸钠，倒入100ml水溶液中，配置浓度为10g/L的溶液并不断搅拌，直到十二烷基硫酸钠完全溶解。

在铜上生长的石墨烯膜不经过转移，直接浸没到表面活性剂十二烷基硫酸钠溶液中静置60s，取出并吹干，所得到的石墨烯呈现亲水性，如图2所示。

实施例3：

配置十二烷基硫酸钠溶液：称取0.1g十二烷基硫酸钠，倒入100ml水溶液中，配置浓度为1g/L的溶液并不断搅拌，直到十二烷基硫酸钠完全溶解。

将PI膜和石墨烯的结合体浸没到表面活性剂十二烷基硫酸钠溶液中静置60s，取出并吹干，所得到的石墨烯呈现亲水性，如图3所示。

以上所述的，仅为本发明的较佳实施例，并非用以限定本发明的范围，本发明的上述实施例还可以做出各种变化。即凡是依据本发明申请的权利要求书及说明书内容所作的简单、等效变化与修饰，皆落入本发明专利的权利要求保护范围。本发明未详尽描述的均为常规技术内容。