[发明专利]石墨烯片及其制备方法

说明书

技术领域

本公开内容涉及石墨烯片及其制备方法。具体而言，本公开内容还涉及经济地制造具有大的面积并且具有所需厚度的石墨烯片的方法。

背景技术

通常，石墨是由结合成六边形结构的碳原子的平面阵列形成的二维石墨烯片的多层堆。单层或多层石墨烯片在导电性领域具有有利的性质。

一个值得注意的有利性质是在石墨烯片中电子以完全不受阻碍的方式流动，这就是说，电子以在真空中的光速流动。另外，在这些石墨烯片中观察到电子和空穴两者的不同寻常的半整数量子霍尔效应。

石墨烯片中的电子迁移率为约20000～约50000平方厘米/伏秒(cm²/Vs)。另外，使用石墨烯片是有利的，因为由石墨制造的产品便宜，而使用碳纳米管制造的类似产品由于在合成和纯化过程期间的低产率而昂贵。尽管存在碳纳米管本身是便宜的事实，但出现这样的高成本。单壁碳纳米管呈现出不同的金属性和半导体性质，这取决于它们的手性和直径。此外，具有类似半导体特性的单壁碳纳米管具有不同的能量带隙，取决于它们的手性和直径。因而，为了获得金属性单壁碳纳米管组成或半导体单壁碳纳米管组成，期望将单壁碳纳米管彼此分离以分别获得所需的金属性或半导体特性。然而，分离单壁碳纳米管不是简单或便宜的过程。

另一方面，使用石墨烯片代替碳纳米管可为有利的，因为石墨烯片的电特性根据结晶取向而变化，因此通过将结晶取向布置在合适的所需方向上设计呈现所需电特性的器件可为可能的。石墨烯片的这些特性可有利地用在未来的碳质电器件或碳质电磁器件中。

然而，尽管石墨烯片具有这些有利特性，但是尚未开发出经济地和能再现地制备大面积石墨烯片的方法。制备石墨烯片的方法分为微机械法和碳化硅(SiC)热分解法。

在微机械法中，将其上具有粘合剂层的带，例如，SCOTCH^TM带施加到具有石墨烯层的石墨表面上，所述石墨烯层优选平行堆叠。石墨烯层附着到SCOTCH^TM带，随后从石墨表面移除SCOTCH^TM带。随后从SCOTCH^TM带移除石墨烯层。然而，通过SCOTCH^TM带移除的石墨烯层的尺寸不均匀，而且它们不具有均匀的形状。另外，通过该方法不能提取具有大的表面积的石墨烯片。这使得它们的应用有问题或者在一些应用中甚至是不合需要的。

在SiC热分解法中，将单晶SiC加热以通过使表面上的SiC分解而除去Si，随后残留的碳C形成于石墨烯片上(形成石墨烯片)。然而，SiC热分解中使用的单晶SiC非常昂贵，并且不能容易地制造大面积的石墨烯片。

发明内容

技术问题

本文中公开经济地制备具有所需厚度的大面积石墨烯片的方法。

本文中还公开通过所述方法制备的石墨烯片。

本文中还公开由得自上述方法的石墨烯片制造的制品。所述制品包括膜、储氢介质、光学纤维和电器件。

本文中还公开包括上述石墨烯片的石墨烯基底。

技术方案

本文中公开制备石墨烯片的方法，该方法包括形成片形式的石墨化催化剂；在所述石墨化催化剂上涂覆聚合物；和在惰性或还原性气氛中对所述石墨化催化剂进行热处理以形成石墨烯片。

所述石墨化催化剂可为催化金属。所述催化金属可为过渡金属。在一个实施方式中，所述催化金属选自Ni、Co、Fe、Pt、Au、Al、Cr、Cu、Mg、Mn、Mo、Rh、Si、Ta、Ti、W、U、V和Zr。

所述聚合物可为自组装聚合物。

所述聚合物可选自两亲性聚合物、液晶聚合物和导电聚合物。

所述两亲性聚合物可包括亲水基团和疏水基团，所述亲水基团选自氨基、羟基、羧基、硫酸根基团、磺酸根基团、磷酸根基团、膦酸根基团、及其盐；所述疏水基团选自卤素原子、C1-C30烷基、C1-C30卤代烷基、C2-C30链烯基、C2-C30卤代链烯基、C2-C30炔基、C2-C30卤代炔基、C1-C30烷氧基、C1-C30卤代烷氧基、C1-C30杂烷基、C1-C30卤代杂烷基、C6-C30芳基、C6-C30卤代芳基、C7-C30芳烷基和C7-C30卤代芳烷基。

所述两亲性聚合物选自癸酸、月桂酸、棕榈酸、硬脂酸、肉豆蔻烯酸、棕榈炔酸、油酸、6，9，12，15-十八碳四烯酸、亚麻酸、辛胺、月桂胺、硬脂胺和油胺。

所述导电聚合物选自聚乙炔、聚吡咯、聚噻吩、聚苯胺、聚芴、聚(3-己基噻吩)、聚萘、聚(对-亚苯硫醚)和聚(对-亚苯基亚乙烯基)。