[发明专利]一种石墨烯纳米带及其制备方法和在透明电极中的应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种石墨烯纳米带的制备方法，由该方法制备的石墨烯纳米带，以及该石墨烯纳米带在透明电极中的应用。

背景技术

石墨烯以其独特的电学性能受到广泛关注，在室温下石墨烯的载流子迁移速率可达10000mc²/V·s，单层石墨烯的透光率可达97.7%，其有望成为新一代电子材料。然而，石墨烯膜的透光率随着石墨烯层数的增加呈指数衰减，这一现象制约着石墨烯基透明电极的性能的提升。

研究发现对石墨烯进行纳米化，使其具有一定几何结构，可打开带隙，使石墨烯具有半导体性质。石墨烯纳米带就是其中一种无论在实验和理论上均被广泛研究的一种石墨烯纳米结构。目前制备石墨烯纳米带的方法主要有化学超生、切开碳管等方法、以及利用纳米球在石墨烯表面自组装，或者在石墨烯表面旋涂上一层光刻胶，再进行紫外光刻形成图案等等方法，然而这些方法制备工艺繁琐价格昂贵，且很难制备出长度、宽度、厚度以及形态可控的微米级和/或纳米级的石墨烯纳米带。

发明内容

本发明目的在于克服现有技术的制备石墨烯纳米带的方法的缺点，提供一种利用静电纺丝制备掩模板，并结合反应离子刻蚀制备石墨烯纳米带的方法，该方法具有工艺简单、成本低和易于大规模制备等优点，而且该方法制备得到的石墨烯纳米带的长度、宽度、厚度以及形态可控。

为了实现上述目的，本发明提供了一种石墨烯纳米带的制备方法，该方法包括以下步骤：（1）将含有可纺高分子的溶液或熔融体通过静电纺丝沉积于石墨烯薄膜上形成掩模板；（2）将没有被所述掩模板覆盖的石墨烯薄膜上的石墨烯刻蚀掉；（3）将所述掩模板去除形成石墨烯纳米带。

本发明还提供了由上述方法制备的石墨烯纳米带，所述石墨烯纳米带长为2μm-3mm，宽度为8nm-200nm，厚度为0.7nm-30nm。

此外，本发明还提供了所述的石墨烯纳米带在透明电极中的应用。

本发明主要利用静电纺丝技术制备出的微和/或纳米线作为掩模板，通过改变静电纺丝技术中的工艺参数可以调控微和/或纳米线长度、宽度以及排列，通过改变石墨烯薄膜的厚度可以调控纳米带的厚度，通过改变接收基底可以调控微和/或纳米线在石墨烯薄膜上的分布形态，使得制备的石墨烯纳米带的长度、宽度、厚度以及形态可控。而且本发明的制备方法工艺简单，成本低，不受基底性质限制，制备的石墨烯纳米带可以应用于透明电极领域。

附图说明

附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是本发明制备的石墨烯纳米带的制备过程示意图。

具体实施方式

以下对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

本发明提供了一种石墨烯纳米带的制备方法，该方法包括以下步骤：（1）将含有可纺高分子的溶液或熔融体通过静电纺丝沉积于石墨烯薄膜上形成掩模板；（2）将没有被所述掩模板覆盖的石墨烯薄膜上的石墨烯刻蚀掉；（3）将所述掩模板去除形成石墨烯纳米带。

根据本发明，所述可纺高分子可以是任何能够通过静电纺丝技术由微和/或纳米线在石墨烯薄膜上形成掩模板的高分子，例如可以为聚丙烯腈、聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮、聚苯乙烯和聚乳酸中的一种或多种，优选为聚乙烯醇、聚丙烯腈和聚乙烯吡咯烷酮中的一种或多种。

根据本发明，优选地，该方法还包括将无机物、无机纳米粒子、有机金属化合物中的一种或多种分散在所述可纺高分子的溶液或熔融体中配制成含有无机物、无机纳米粒子、有机金属化合物中的一种或多种的可纺高分子混合溶液或熔融体，按质量比计，所述无机物、无机纳米粒子、有机金属化合物中的一种或多种的总量与所述可纺高分子的溶液或熔融体的质量比为0.01~100：1，优选为0.1~10：1。根据该优选实施方式，可以更好的调控石墨烯纳米带的长度、宽度和厚度。