[发明专利]石墨烯/碳纳米管复合薄膜的原位制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及纳米碳材料合成与应用领域，特别涉及一种石墨烯/碳纳米管复合薄膜的原位制备方法。

背景技术

碳纳米管[参考文献1：S.Iijima.Helical microtubules of graphitic carbon.Nature，1991，354(6348)：56-58.]和石墨烯[参考文献2：K.S.Novoselov，A.K.Geim，S.V.Morozov，D.Jiang，Y.Zhang，S.V.Dubonos，I.V.Grigorieva，A.A.Firsov.Electric field effect in atomically thin carbon films.Science，2004，306(5696)：666-669.]是两种典型的碳纳米材料。石墨烯(Graphene)即为“单层石墨片”，是构成石墨的基本结构单元；而碳纳米管是由石墨烯卷曲而成的圆筒结构。二者都可做为薄膜材料。然而，碳纳米管和石墨烯单独作为薄膜材料都存在缺点。碳纳米管薄膜呈网络结构，管束间存在较大的空隙。这些空隙虽有利于透光，但却削弱了薄膜的导电性。而石墨烯虽具有高导电性，但在制备过程中层数难予精确控制，层片的尺寸和形状不一，在成膜过程中易发生堆叠或脱离：层片堆叠会降低薄膜的透光性；而层片彼此脱离则会增加面电阻。碳纳米管和石墨烯在结构和性能上具有互补性。未来的一个研究发展趋势就是将碳纳米管和石墨烯的研究有机结合起来，充分利用二者的互补性，预期会获得一种具有新功能的碳基复合结构。

目前关于碳纳米管/石墨烯复合结构的研究尚存在以下不足：1)仅能直接合成立式复合结构，无法原位生长水平复合结构[参考文献3：D.Kondo，S.Sato，Y.Awano.Self-organization of novel carbon composite structure：Graphene multi-layers combinedperpendicularly with aligned carbon nanotubes.Appl.Phys.Express，2008，1(7)：074003.]；2)多采用液相法，将二者简单混合，并辅助以还原后处理，并不能充分有效地发挥二者的特性[参考文献4：D.Y.Cai，M.Song，C.X.Xu.Highly conductive carbon-nanotube/graphite-oxidehybrid films.Adv.Mater.，2008，20(9)：1706-1709.参考文献5：H.Q.Zhu，Y.M.Zhang，L.Yue，W.S.Li，G.L.Li，D.Shu，H.Y.Chen.Graphite-carbon nanotube composite electrodes for allvanadium redox flow battery.J.Power Sources 2008，184(2)：637-640.参考文献6：V.C.Tung，L.M.Chen，M.J.Allen，J.K.Wassei，K.Nelson，R.B.Kaner，Y.Yang.Low-temperaturesolution processingof graphene-carbon nanotube hybrid materials for high-performancetransparent conductors.Nano Lett.2009，9(5)：1949-1955.]。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种石墨烯/碳纳米管复合薄膜的原位制备方法，实现石墨烯/碳纳米管复合薄膜的批量、直接、简单制备。

为了达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

石墨烯/碳纳米管复合薄膜的原位制备方法，包括以下步骤：

1、称取质量比为58～116∶1的二茂铁和硫，均匀混合，置于反应器前端，将纯度为99.5％，厚度为0.1mm，面积为1×1cm²～10×10cm²的多晶镍片，置于反应器中心位置，密封反应器；

2、向反应器通入流量为100～200mL/min的氢气与流量为200～400mL/min的氩气混合气体，同时将反应器中心升温至1100～1150℃，调节氢气的流量至100～400mL/min，氩气的流量至800～2000mL/min；

3、加热反应器前端的二茂铁和硫至80～110℃使其挥发，挥发气体由步骤二中调节后的氢气/氩气混合气体载入反应器中，反应5～15分钟后停止加热二茂铁和硫；