[发明专利]碳纳米管或石墨烯超薄膜的制备方法

说明书

技术领域

本发明特别涉及纳米材料制备与组装领域的一种将碳纳米管或石墨烯类材料组装成超薄膜的方法。

背景技术

长期以来，人们对碳的同素异形体如金刚石和石墨进行了深入的研究和广泛的应用。后来，随着1985年美国科学家Richard E Smalley发现碳60、1991年日本科学家Iijima发现碳纳米管及2004年英国科学家Andre K.Geim发现石墨烯以来，由于这些碳纳米结构所具有新颖的电学、光学和机械性能，因此得到了众多研究者的广泛关注。

众所周知，与体相材料相比，由纳米结构组装的二维薄膜所构筑的纳米器件对提高器件性能具有重要作用。因此，制备基于一维碳纳米管组装的薄膜及二维石墨烯组装的薄膜有着深远的科学意义和应用前景。迄今为止，人们已经通过旋涂法、喷涂法、液相组装法、L-B法和抽滤法等多种物理和化学方法，分别制备了由单壁碳纳米管和多壁碳纳米管组装的薄膜(《Transparent carbonnanotube coatings》，Appl.Surf.Sci.2005，252，425；《Nanotechnology：‘Buckypaper’from coaxial nanotubes》，Nature 2005，433，476；《Signchange of poisson’s ratio for carbon nanotube sheets》，Science 2008，320，504；《Ultrathin single-layered membranes from double-walled carbonnanotubes》，Adv.Mater.2006，18，1695；《Langmuir-Blodgett assemblyof densely aligned single-walled carbon nanotubes from bulk materials》，J.Am.Chem.Soc.2007，129，4890；《Effect of Au doping and defects onthe conductivity of single walled carbon nanotube transparent con

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术中的不足，提出一种碳纳米管或石墨烯超薄膜的制备方法，其工艺简洁、操作方便、成本低廉、且所制备的产品具有优良的力学、光学和电学性能。

为实现上述发明目的，本发明采用了如下技术方案：

一种碳纳米管或石墨烯超薄膜的制备方法，其特征在于，该方法为：对碳纳米管或石墨烯材料分散液进行抽滤处理，令碳纳米管或石墨烯材料在滤膜上形成薄膜，至少将薄膜的表层与滤膜剥离，制得碳纳米管或石墨烯超薄膜。

具体而言，所述碳纳米管或石墨烯材料分散液是通过将碳纳米管或石墨烯材料经超声方法均匀分散于水和/或有机溶剂中而形成的。

所述有机溶剂采用N，N-二甲基甲酰胺或N，N-二甲基甲酰胺与水的混合液。

将薄膜的表层与滤膜剥离的过程为：将载有薄膜的滤膜浸入取膜溶液中，使薄膜的表层从滤膜上自动剥离，形成碳纳米管或石墨烯超薄膜；

所述取膜溶液采用水或含酸、碱、盐中的至少一种的水溶液

该方法中，将薄膜的表层与滤膜剥离的具体过程为：将载有薄膜的滤膜缓慢斜插入水或含酸、碱、盐中的至少一种的水溶液中，使薄膜的表层从滤膜上自动剥离，形成碳纳米管或石墨烯超薄膜。

所述滤膜可采用但不限于聚四氟乙烯、聚丙烯、尼龙、硅橡胶、氟橡胶、乙丙橡胶、氧化铝和二氧化硅中的任意一种或两种以上材料的组合形成的滤膜。

所述滤膜上的滤孔孔径在0.2-5.0μm。

所述碳纳米管是经羟基、羧基、氨基、高分子聚合物、金属纳米粒子功、金属氧化物或生物分子功能化的单壁、双壁或多壁碳纳米管。

所述碳纳米管或石墨烯超薄膜的厚度在100nm以下。

所述石墨烯材料是指石墨烯、还原的氧化石墨烯或具有石墨烯结构的氮化硼单原子层纳米结构材料。

与现有技术相比，本发明的优点在于：实现了多种类型碳纳米管或具有石墨烯结构的化合物的组装，并且工艺简单、操作方便、产品成本低、重复性好、适合进行大规模工业化生产；同时，所制备的薄膜分布均一、面积大、且透光率高，可作为制备化学和生物传感器、场效应晶体管、超级电容器、锂离子电池电极和太阳能电池电极等光电子器件的材料广泛应用。

附图说明

图1是本发明实施例1中制备单壁碳纳米管超薄膜的实验过程示意图；