一种石墨烯导电膜及其制备方法与流程

本发明属于纳米材料复合膜的制备技术，尤其涉及一种石墨烯导电膜及其制备方法。

背景技术：

石墨烯因其十分良好的强度、柔韧、导电、导热、光学特性，在物理学、材料学、电子信息、计算机、航空航天等领域都得到了长足的发展。近年来，将石墨烯制成二维的导电薄膜成为该领域研究的热点。目前化学气相沉积法即(cvd)是生产石墨烯薄膜最有效的方法。该发使用含碳有机气体为原料进行气相沉积制得石墨烯薄膜，这种方法制备的石墨烯具有面积大和质量高的特点，但现阶段成本较高，工艺条件还需进一步完善。通过静电喷雾法，可快速制备石墨烯导电薄膜，同时，其基底选择范围广阔，石墨烯薄膜厚度、面积、形状均可调控。因此，该法可成为高效、低成本制备多样性石墨烯导电薄膜的便捷方法之一。

技术实现要素：

解决的技术问题：本发明针对上述技术问题，提供一种石墨烯导电膜及其制备方法，所制得的柔性导电薄膜可任意弯折、剪裁。

技术方案：一种石墨烯导电膜的制备方法，制备步骤为：按比例，将质量比为10:1-30:1的石墨粉和氯化钠混合，再水洗除去氯化钠，然后干燥，加入20-25ml浓硫酸后搅拌过夜，将高锰酸钾按质量分数为20％－30％的比例加入上述溶液，并保持此时的温度不超过20℃，随后，升温至40℃保持30min，最后升温至90℃并保持45min，加入18mω超纯水使硫酸浓度稀释至30-40vol％，25min后加入150ml5-10vol％双氧水，用盐酸溶液酸洗一遍后，在蒸馏水中透析3天，得到高浓度氧化石墨烯；通过nanon-01a静电纺丝机，在电压10kv-20kv，金属针头与收丝器之间距离为12-15cm，流速为0.5-3ml/h，转股转速为500-3000rpm/min条件下，将柔性基底包裹在接地金属滚筒上作为接收器收集电喷所得微小液滴，形成石墨烯导电膜。

优选的，所述柔性基底为80g双胶a4纸。

优选的，所述双氧水的浓度为10vol.％，盐酸溶液的浓度为5wt.％。

优选的，向透析完成的高浓度氧化石墨烯中添加氯化钠，控制氯化钠的质量浓度为20％－50％。

上述制备方法制得的石墨烯导电膜。

本发明通过热压(50-100℃)可迅速还原成为还原氧化石墨烯复合膜，导电性能得到大幅度提升。通过四探针方阻仪，台阶仪可测试膜厚及其导电性能。在弯折1000次后，仍然保持初始电导率的95％。

有益效果：通过调控静电喷雾过程中的流速、距离、电压、时间，电喷溶液的粘度以及柔性基底，可得不同厚度、不同组成的复合导电膜；利用静电喷雾，可快速、均匀制备导电薄膜；利用基底的柔性、石墨烯与基底间的相互作用(特别是a4纸类似材料，通过毛细管作用，可与石墨烯水凝胶间紧密结合)可形成可任意弯曲的柔性导电薄膜；通过简单的热压处理，可在无毒无害的条件下使石墨烯基复合膜转变为高电导率的还原氧化石墨烯复合膜。

附图说明

图1为还原氧化石墨烯/a4纸中剥离的石墨烯片层截面sem图；

图2为制备工艺流程示意图。

具体实施方式

以下实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人是能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所做的等效变换或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

实施例1：

a.采用静电喷涂法制备石墨烯/a4纸复合膜：

首先，通过改性hummers法制备高浓度氧化石墨烯：将1g石墨粉和0.05g氯化钠混合后水洗除去氯化钠，干燥，加入23ml浓硫酸后搅拌22h，将6g高锰酸钾加入上述溶液，并保持此时的温度不超过20℃，随后，升温至40℃保持30min，最后升温至90℃并保持45min，加入46ml18mω超纯水，25min后加入140ml蒸馏水和10ml30vol.％双氧水，用5wt.％的盐酸溶液酸洗一遍后，在蒸馏水中透析3天，得到高浓度氧化石墨烯。

其次添加氯化钠，控制氯化钠的质量浓度为30wt％，通过絮凝作用，提升石墨烯水凝胶的粘度。

将高粘度氧化石墨烯作为电喷溶液，在电压10kv-20kv，金属针头与收丝器之间距离为12.5cm，流速为0.5-3ml/h，转股转速为500-3000rpm/min条件下，将柔性基底如80g双胶a4纸包裹在接地金属滚筒上作为接收器收集电喷所得微小液滴，形成复合膜材料。

b.导电性能测试：

采用sdy-5型双电测四探针测试仪测试石墨烯/a4纸复合膜的方阻r。采用dektak150型台阶仪测试石墨烯/a4纸复合膜的厚度d。通过公式(1)计算得到石墨烯/a4纸复合膜的电导率ρ为1860s/m。

ρ＝1/(r×d)(1)

实施例2：

a.采用静电喷涂法制备石墨烯/a4纸复合膜：

首先，通过改性hummers法制备高浓度氧化石墨烯：将1g石墨粉和0.05g氯化钠混合后水洗除去氯化钠，干燥，加入23ml浓硫酸后搅拌22h，将6g高锰酸钾加入上述溶液，并保持此时的温度不超过20℃，随后，升温至40℃保持30min，最后升温至90℃并保持45min，加入46ml18mω超纯水，25min后加入140ml蒸馏水和10ml30vol.％双氧水，用5wt.％的盐酸溶液酸洗一遍后，在蒸馏水中透析3天，得到高浓度氧化石墨烯。

其次添加氯化钠，控制氯化钠的质量浓度为30wt％，通过絮凝作用，提升石墨烯水凝胶的粘度。

将高粘度氧化石墨烯作为电喷溶液，在电压10kv-20kv，金属针头与收丝器之间距离为12.5cm，流速为0.5-3ml/h，转股转速为500-3000rpm/min条件下，将柔性基底如80g双胶a4纸包裹在接地金属滚筒上作为接收器收集电喷所得微小液滴，形成复合膜材料。

b.热压还原：

通过热压处理，在100℃条件下，制备还原氧化石墨烯/a4纸复合膜。

c.导电性能测试：

采用sdy-5型双电测四探针测试仪测试石墨烯/a4纸复合膜的方阻r。采用dektak150型台阶仪测试石墨烯/a4纸复合膜的厚度d。通过公式(1)计算得到石墨烯/a4纸复合膜的电导率ρ为3670s/m。

ρ＝1/(r×d)(1)

实施例3：

a.采用静电喷涂法制备石墨烯/a4纸复合膜：

首先，通过改性hummers法制备高浓度氧化石墨烯：将1g石墨粉和0.05g氯化钠混合后水洗除去氯化钠，干燥，加入23ml浓硫酸后搅拌22h，将6g高锰酸钾加入上述溶液，并保持此时的温度不超过20℃，随后，升温至40℃保持30min，最后升温至90℃并保持45min，加入46ml18mω超纯水，25min后加入140ml蒸馏水和10ml30vol.％双氧水，用5wt.％的盐酸溶液酸洗一遍后，在蒸馏水中透析3天，得到高浓度氧化石墨烯。

其次添加氯化钠，控制氯化钠的质量浓度为30wt％，通过絮凝作用，提升石墨烯水凝胶的粘度。

将高粘度氧化石墨烯作为电喷溶液，在电压10kv-20kv，金属针头与收丝器之间距离为12.5cm，流速为0.5-3ml/h，转股转速为500-3000rpm/min条件下，将柔性基底如80g双胶a4纸包裹在接地金属滚筒上作为接收器收集电喷所得微小液滴，形成复合膜材料。

b.热压还原：

通过热压处理，在100℃条件下，制备还原氧化石墨烯/a4纸复合膜。

c.弯折测试

将还原氧化石墨烯/a4纸复合膜弯折1000次(弯折角度随机)。

d.导电性能测试：

采用sdy-5型双电测四探针测试仪测试还原氧化石墨烯/a4纸复合膜的方阻r。采用dektak150型台阶仪测试还原氧化石墨烯/a4纸复合膜的厚度d。通过公式(1)计算得到还原氧化石墨烯/a4纸复合膜的电导率ρ为3487s/m。

ρ＝1/(r×d)(1)

表1.石墨烯/a4纸膜厚、方阻、电导率对比表格