一种以提拉法制备平整石墨烯薄膜的方法
【专利摘要】本发明公开了一种以提拉法制备平整石墨烯薄膜的方法。其步骤为：将氧化石墨烯加入超纯水中并经超声处理配成均匀的氧化石墨烯水溶液；依次使用食人鱼溶液和3?氨丙基三乙氧基硅烷的甲苯溶液对玻璃基底进行预处理；将预处理后的玻璃基底浸入制得的氧化石墨烯水溶液中并匀速提出以制得氧化石墨烯薄膜；利用水合肼蒸汽将制得氧化石墨烯薄膜还原为石墨烯薄膜。本发明所用提拉技术操作简单、成本低廉、易于控制，制得石墨烯薄膜平整、均匀且易于进行功能化修饰。
【专利说明】
一种以提拉法制备平整石墨烯薄膜的方法
技术领域
[0001 ]本发明属于纳米材料制备领域，具体涉及一种以提拉法制备平整石墨稀薄膜的方法。
【背景技术】
[0002]石墨烯是目前最理想的二维纳米材料，是近十年来纳米碳材料领域内最耀眼的明星，其独特的二维晶体结构，赋予了它一系列独特的物理化学特性。由石墨烯制成的薄膜具有化学稳定性好、透明度高、导电性强、机械强度大、生物相容性好等一系列优点，在光电元件、组织培养等诸多领域有着巨大的应用前景，已成功吸引了相关领域的诸多研究兴趣，并正逐步成为研究热点。
[0003]在诱人的研究前景下，真空抽滤法、旋转涂覆法、喷射涂覆法、化学气相沉积法等多种镀膜方式已被成功应用于石墨烯薄膜的制备，且制得薄膜可以沉积或转移到如玻璃、石英、硅片、不饱合聚酯等各式基底上。
[0004]然而，当前对石墨薄膜的研究还处于初级研究阶段，镀膜方法还存在着薄膜均匀性差、粗糙度大、制备成本高、制备工艺复杂、难以实现工业化生产等一系列缺陷。
[0005]提拉镀膜工艺设备简单、投资少、成本低廉，是制作光学高性能膜的好方法。其基本流程为将基底匀速下降浸渍在溶液内静置一段时间，再匀速提拉出来，随着溶剂的挥发完全，基体表面会逐渐形成致密的膜。相比其他镀膜方法，提拉镀膜均匀度高，薄膜颗粒尺寸均一，活性好，操作方便，不需要抽真空，具有制备形状复杂及大面积膜的能力，易于实现产业化。业内虽有一些采用提拉法制备石墨烯薄膜尝试，但镀得石墨烯薄膜褶皱较多，粗糙度较大，相关工艺有待进一步优化。
【发明内容】
[0006]本发明的目的在于提供一种以提拉法制备平整石墨烯薄膜的方法。本发明所用提拉技术操作简单、成本低廉、易于控制，制得石墨烯薄膜平整、均匀且易于进行功能化修饰。
[0007]实现本发明目的的技术解决方案是:一种以提拉法制备平整石墨烯薄膜的方法，包括以下步骤:
步骤1:玻璃基底的预处理
将玻璃基底置于食人鱼溶液中浸泡，取出后依次用乙醇与超纯水清洗；
将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预处理，取出后依次用甲苯、乙醇与超纯水清洗；
步骤2:氧化石墨烯薄膜的制备
将经步骤I预处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；
步骤3:石墨烯薄膜的制备
将步骤2覆有氧化石墨烯薄膜的玻璃基底于真空环境下采用水合肼还原得到所述的石墨稀薄膜。
[0008]优选地，所述步骤I中，食人鱼溶液是将98wt%浓硫酸与30wt%双氧水的按体积比为7:3-3:1混合后的溶液;浸泡时间为0.5?4小时。
[0009]优选地，所述步骤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体积浓度为3%;预处理时间为0.5小时。
[0010]优选地，所述步骤2中，氧化石墨烯水溶液的浓度为0.1?2.0 mg/ml;提拉速度为200?700nm/so
[0011]优选地，所述步骤3中，还原时间为24?72小时。
[0012]与现有技术相比，本发明具有以下优势:
(I)本发明所用提拉技术操作简单、成本低廉、易于控制。
[0013](2)本发明镀得石墨烯薄膜平整、均匀。
[0014](3)本发明易于对所镀石墨烯薄膜进行功能化修饰。
[0015](4)可在本发明基础上通过简单调整提拉速度来控制石墨烯表面褶皱的出现。
【附图说明】
[0016]图1为对比例中未使用提拉工艺所制得的氧化石墨烯薄膜的原子力显微镜图。
[0017]图2为本发明实施例1所制得的氧化石墨烯薄膜的原子力显微镜图。
[0018]具体实施方法
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
[0019]对比例
(I)称取0.02克氧化石墨烯溶于20毫升超纯水中，超声处理2小时得均匀的1.0毫克每毫升的氧化石墨烯水溶液。
[0020](2)量取21毫升98%的浓硫酸与9毫升30%的双氧水配制为食人鱼溶液，将玻璃载玻片置入其中刻蚀2小时后，取出后依次用乙醇与超纯水清洗。
[0021](3)量取29毫升的甲苯与I毫升的3-氨丙基三乙氧基硅烷配为溶液，将食人鱼溶液刻蚀后的载玻片置入其中处理30分钟，取出后依次用甲苯、乙醇与超纯水清洗。
[0022](4)将预处理过后的载玻片置入制得的氧化石墨烯溶液中，浸泡5小时后取出并烘干。
[0023](5)将镀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，还原24小时后取出。
[0024]该例中所得氧化石墨烯薄膜的原子力显微镜图见图1。
[0025]实施例1
(I)称取0.02克氧化石墨烯溶于20毫升超纯水中，超声处理2小时得均匀的1.0毫克每毫升的氧化石墨烯水溶液。
[0026](2)量取21毫升98%的浓硫酸与9毫升30%的双氧水配制为食人鱼溶液，将玻璃载玻片置入其中刻蚀2小时后，取出后依次用乙醇与超纯水清洗。
[0027](3)量取29毫升的甲苯与I毫升的3-氨丙基三乙氧基硅烷配为溶液，将食人鱼溶液刻蚀后的载玻片置入其中处理30分钟，取出后依次用甲苯、乙醇与超纯水清洗。
[0028](4)以预处理过后的载玻片为基底，在制得的氧化石墨烯溶液中，采用提拉镀膜的方法制备氧化石墨烯薄膜，提拉速度控制为500纳米每秒。
[0029](5)将镀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，还原24小时后取出。
[0030]该例中所得氧化石墨烯薄膜的原子力显微镜图见图2。
[0031 ]图1中薄膜表面的高度起伏在20nm以上，且存在大量连续的、层次感鲜明的“山脉”状褶皱;图2中薄膜表面的高度起伏在1nm左右，突出部并不连贯。对比图1、图2两幅原子力显微镜图可知，提拉工艺可明显抑制薄膜上褶皱的出现，改善所镀氧化石墨烯薄膜的平整度。
[0032]实施例2
(I)称取0.03克氧化石墨烯溶于20毫升超纯水中，超声处理3小时得均匀的1.5毫克每毫升的氧化石墨烯水溶液。
[0033](2)量取21毫升98%的浓硫酸与9毫升30%的双氧水配制为食人鱼溶液，将玻璃载玻片置入其中刻蚀2小时后，取出后依次用乙醇与超纯水清洗。
[0034](3)量取29毫升的甲苯与I毫升的3-氨丙基三乙氧基硅烷配为溶液，将食人鱼溶液刻蚀后的载玻片置入其中处理30分钟，取出后依次用甲苯、乙醇与超纯水清洗。
[0035](4)以预处理过后的载玻片为基底，在制得的氧化石墨烯溶液中，采用提拉镀膜的方法制备氧化石墨烯薄膜，提拉速度控制为250纳米每秒。
[0036](5)将镀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，还原48小时后取出。
[0037]该例中所得氧化石墨烯薄膜的原子力显微镜图与图2相似。
[0038]实施例3
(I)称取0.01克氧化石墨烯溶于20毫升超纯水中，超声处理I小时得均匀的0.5毫克每毫升的氧化石墨烯水溶液。
[0039](2)量取21毫升98%的浓硫酸与9毫升30%的双氧水配制为食人鱼溶液，将玻璃载玻片置入其中刻蚀2小时后，取出后依次用乙醇与超纯水清洗。
[0040](3)量取29毫升的甲苯与I毫升的3-氨丙基三乙氧基硅烷配为溶液，将食人鱼溶液刻蚀后的载玻片置入其中处理30分钟，取出后依次用甲苯、乙醇与超纯水清洗。
[0041](4)以预处理过后的载玻片为基底，在制得的氧化石墨烯溶液中，采用提拉镀膜的方法制备氧化石墨烯薄膜，提拉速度控制为700纳米每秒。
[0042](5)将镀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，还原24小时后取出。
[0043]该例中所得氧化石墨烯薄膜的原子力显微镜图与图2相似。
【主权项】
1.一种以提拉法制备平整石墨烯薄膜的方法，其特征在于，包括以下步骤: 步骤1:玻璃基底的预处理 将玻璃基底置于食人鱼溶液中浸泡，取出后依次用乙醇与超纯水清洗； 将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预处理，取出后依次用甲苯、乙醇与超纯水清洗； 步骤2:氧化石墨烯薄膜的制备 将经步骤I预处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； 步骤3:石墨烯薄膜的制备 将步骤2覆有氧化石墨烯薄膜的玻璃基底于真空环境下采用水合肼还原得到所述的石墨稀薄膜。2.如权利要求1所述的以提拉法制备平整石墨烯薄膜的方法，其特征在于，步骤I中，食人鱼溶液是将98^%浓硫酸与30wt%双氧水的按体积比为7: 3?3:1混合后的溶液;浸泡时间为0.5?4小时。3.如权利要求1所述的以提拉法制备平整石墨烯薄膜的方法，其特征在于，步骤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体积浓度为3%;预处理时间为0.5小时。4.如权利要求1所述的以提拉法制备平整石墨烯薄膜的方法，其特征在于，步骤2中，氧化石墨稀水溶液的浓度为0.1?2.0 mg/ml;提拉速度为200?700nm/s。5.如权利要求1所述的以提拉法制备平整石墨烯薄膜的方法，其特征在于，步骤3中，还原时间为24?72小时。
【文档编号】C03C17/22GK105948526SQ201610273422
【公开日】2016年9月21日
【申请日】2016年4月28日
【发明人】冯章启, 聂晓磊, 李家城
【申请人】南京理工大学