一种石墨烯电化学复合掺杂方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及石墨烯生产技术领域，尤其涉及一种石墨烯电化学复合掺杂方法。
【背景技术】
[0002]石墨烯是近十年发现的新型二维碳纳米材料，具有优异的力、热、光、电等方面性能。其中，极高的透过率及超高的载流子迀移率，使其可作为全新的透明导电材料而备受工业界关注。
[0003]目前，对于二维连续的石墨烯薄膜产品，电学性能是其核心关键性能。现有较为成熟的化学气相沉积法(CVD)制备的石墨烯薄膜方阻较高，不能直接使用，必须对其进行掺杂以降低方阻。当前主流掺杂方法大多是以小分子为掺杂剂，例如乙二胺、硝酸、氯金酸等，通过物理吸附使其附着在石墨烯表面达到掺杂目的。然而，物理吸附的小分子掺杂剂与石墨烯作用力弱，易迀移和挥发，放置过程中导致石墨烯方阻持续增加，严重限制了石墨烯的实际应用。
【发明内容】
[0004]本发明目的在于提供一种石墨烯电化学复合掺杂方法，能够实现大面积均匀稳定掺杂效果，适合规模化生产。
[0005]本发明所涉及的一种石墨烯电化学复合掺杂方法，操作步骤如下:
[0006]步骤一，配制电解质溶液，其组成为:水溶性电解质、去离子水和导电高分子前驱体；
[0007]所述导电高分子前驱体为噻吩、噻吩的衍生物、吡咯或苯胺中的任意一种；
[0008]所述导电高分子前驱体浓度为0.01?0.lmol/L;
[0009]步骤二，将生长有石墨烯002的铜箔基底001浸入电解质溶液，连接电源作为工作电极；
[0010]步骤三，开启电源，在附着在铜箔基底001上的石墨烯002表面电聚合一层导电高分子薄膜003，形成导电高分子薄膜/石墨烯/铜箔的复合结构I;所述导电高分子薄膜003厚度为 1-1Onm;
[0011]步骤四，将导电高分子薄膜/石墨烯/铜箔取出，浸于清洗剂中浸洗并干燥;所述浸洗时间为I?3min ；
[0012]步骤五，将导电高分子/石墨烯与生长基底铜箔分离，转移到目标基底004表面，形成目标基底004/导电高分子薄膜003/石墨稀002的掺杂复合结构;导电高分子薄膜003位于石墨烯002和转移目标基底004之间，所述目标基底为聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)或聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)。
[0013]本发明的有益效果是:采用可控性高、简便易行的电化学聚合方法，在石墨烯表面原位形成一层厚度均匀的高导电率掺杂层，工艺流程短，成本低，可以通过调整电解液组成和改变相关工艺参数方便地得到不同导电性能的聚合物复合掺杂膜层，适合大面积生产；此外，掺杂涂层本身稳定，且位于石墨烯与目标基底之间，隔绝氧气和水汽的影响，从而掺杂效果均匀稳定；另外，所制备的导电高分子膜可以有效支撑石墨烯薄膜，提高其力学强度。
【附图说明】
[0014]图1为本发明的步骤流程图；
[0015]图2为本发明中所述导电高分子薄膜/石墨烯/铜箔的结构示意图；
[0016]图3为本发明中所述目标基底/导电高分子薄膜/石墨烯的结构示意图；
[0017]附图中，各标号所代表的部件列表如下:
[0018]001为铜箔，002为石墨烯，003为导电高分子薄膜，004为目标基底。
【具体实施方式】
[0019]以下结合附图和实施例对本发明特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
[0020]实施例一
[0021]本实施例的一种石墨烯电化学复合掺杂方法如图1所示，步骤如下:
[0022]步骤一，配制含0.111101/1的对甲苯磺酸030)和0.0311101/1的3，4-乙撑二氧噻吩(EDOT)的电解质水溶液；
[0023]步骤二，以生长有石墨烯002的铜箔001作为工作电极、对电极为铂片电极、参比电极为饱和氯化钾的Ag/AgCl电极；
[0024]步骤三，将电极浸入电解质溶液中，选取-800?1500mV电位范围进行聚合，通电3min得到聚3 ,4-乙撑二氧噻吩(PEDOT)薄膜003，厚度约5nm，得到PEDOT薄膜003/石墨烯002/生长基底铜箔001的复合结构，此复合结构如图2所示；
[0025]步骤四，将PEDOT薄膜003浸于乙醇中清洗Imin并干燥；
[0026]步骤五，将表面聚合有PEDOT的石墨烯转移到目标基底PET004上，得到PET基底004/PED0T薄膜003/石墨烯002的复合结构，此复合结构如图3所示；
[0027]本实施例中，制备的石墨烯方阻均值为268 土 20欧方，140 °C加热90min，并于室温下方阻30天后平均方阻为263± 15欧方，掺杂效果均匀稳定。
[0028]实施例二
[0029]本实施例的一种石墨烯电化学复合掺杂方法如图1所示，步骤如下:
[0030]步骤一，配制含0.2mol/L的对甲苯磺酸(TSO)和0.05mol/L的吡咯的电解质水溶液；
[0031]步骤二，以生长有石墨烯002的铜箔001作为工作电极、对电极为铂片电极、参比电极为饱和氯化钾的Ag/AgCl电极；
[0032]步骤三，将电极浸入电解质溶液中，选取-200?900mV电位范围进行聚合，通电5min得到聚吡咯薄膜003，厚度约7nm，形成聚吡咯薄膜003/石墨烯002/生长基底铜箔001的复合结构，此复合结构如图2所示；
[0033]步骤四，将聚吡咯薄膜浸于去离子水中清洗3min并干燥；
[0034]步骤五，将表面聚合有聚吡咯薄膜003的石墨烯002转移到目标PEN基底004，得到PEN基底004/聚吡咯薄膜003/石墨烯002的复合结构，此复合结构如图3所示。
[0035]本实施例中，制备的石墨烯方阻均值为252 土 18欧方，140°C加热90min，并于室温下方阻30天后平均方阻为255 ± 21欧方，掺杂效果稳定。
[0036]实施例三
[0037]本实施例的一种石墨烯电化学复合掺杂方法如图1所示，步骤如下:
[0038]步骤一，配制含lmol/L草酸和0.02mol/L苯胺的电解质水溶液；
[0039]步骤二，以生长有石墨烯002的铜箔001作为工作电极、对电极为铂片电极、参比电极为饱和氯化钾的Ag/AgCl电极；
[0040]步骤三，将电极浸入电解质溶液中，选取-500?1500mV电位范围进行聚合，通电1min得到聚苯胺薄膜003，厚度约10nm，形成聚苯胺薄膜003/石墨稀002/生长基底铜箔001的复合结构，此复合结构如图2所示；
[0041 ]步骤四，将聚苯胺薄膜003浸于异丙醇中清洗2min并干燥；
[0042]步骤五，将聚苯胺薄膜003/石墨烯002与生长基底铜箔001分离并转移到目标基底PET004上，得到PET基底004/聚苯胺薄膜003/石墨烯002的复合结构，此复合结构如图3所不O
[0043]本实施例中，制备的石墨烯方阻均值为287土 23欧方，140°C加热90min，并于室温下方阻30天后平均方阻为283 土 24欧方，掺杂效果稳定。
[0044]实施例四
[0045]本实施例的一种石墨烯电化学复合掺杂方法如图1所示，步骤如下:
[0046]步骤一，配制含0.lmol/L的对甲苯磺酸(TSO)和0.03moVL的噻吩的电解质水溶液；
[0047]步骤二，以生长有石墨烯002的铜箔001作为工作电极、对电极为铂片电极、参比电极为饱和氯化钾的Ag/AgCl电极；
[0048]步骤三，将电极浸入电解质溶液中，选取-700?1900mV电位范围进行聚合，通电3min得到聚噻吩薄膜003，厚度约lnm，得到聚噻吩薄膜003/石墨烯002/生长基底铜箔001的复合结构，此复合结构如图2所示；
[0049]步骤四，将聚噻吩薄膜003浸于异丙醇中清洗4min并干燥；
[0050]步骤五，将表面聚合有聚噻吩003的石墨烯002转移到目标基底PET004上，得到PET基底004/聚噻吩薄膜003/石墨烯002的复合结构，此复合结构如图3所示；
[0051 ] 本实施例中，制备的石墨烯方阻均值为293 土 24欧方，140 °C加热90min，并于室温下方阻30天后平均方阻为297±21欧方，掺杂效果均匀稳定。
[0052]以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1.一种石墨烯电化学复合掺杂方法，其特征在于，操作步骤如下: 步骤一，配制电解质溶液，其组成为:水溶性电解质、去离子水和导电高分子前驱体； 所述导电高分子前驱体为噻吩、噻吩的衍生物、吡咯或苯胺中的任意一种； 所述导电高分子前驱体浓度为0.01?0.lmol/L; 步骤二，将生长有石墨烯(002)的铜箔基底(001)浸入电解质溶液，连接电源作为工作电极； 步骤三，开启电源，在附着在铜箔基底(001)上的石墨烯(002)表面电聚合一层导电高分子薄膜(003)，形成导电高分子薄膜/石墨烯/铜箔的复合结构I;所述导电高分子薄膜(003)厚度为 1-1Onm; 步骤四，将导电高分子薄膜/石墨烯/铜箔取出，浸于清洗剂中浸洗并干燥;所述浸洗时间为I?3min; 步骤五，将导电高分子/石墨烯与生长基底铜箔分离，转移到目标基底(004)表面，形成目标基底(004)/导电高分子薄膜(003)/石墨烯(002)的掺杂复合结构；导电高分子薄膜(003)位于石墨烯(002)和转移目标基底(004)之间，所述目标基底为聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)或聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)。
【专利摘要】本发明涉及一种石墨烯电化学复合掺杂方法，其步骤为：步骤一，配制电解质溶液；步骤二，将生长有石墨烯的铜箔基底浸入电解质溶液，连接电源作为工作电极；步骤三，启动电源，在附着在铜箔基底上的石墨烯表面电聚合一层导电高分子，形成导电高分子/石墨烯/铜箔的复合结构；步骤四，将导电高分子/石墨烯/铜箔取出，浸于清洗剂中浸洗并干燥；步骤五，将导电高分子/石墨烯与铜箔分离，转移到目标基底。本发明的有益效果是：采用可控性高、简便易行的电化学聚合方法，在石墨烯表面原位形成一层厚度均匀的高导电率掺杂层，对石墨烯形成均匀稳定的掺杂效果；此外，所形成的导电高分子膜可以有效支撑石墨烯薄膜，提高其力学强度。
【IPC分类】C25D9/02, H01B13/00
【公开号】CN105624755
【申请号】CN201510998988
【发明人】姜浩, 马金鑫, 黄德萍, 李朝龙, 高翾, 李占成, 徐鑫, 史浩飞
【申请人】中国科学院重庆绿色智能技术研究院
【公开日】2016年6月1日
【申请日】2015年12月28日