[发明专利]一种石墨烯/碳纳米管复合导电薄膜的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及导电薄膜材料技术，具体为一种石墨烯/碳纳米管复合导电薄膜的制备方法。该制备方法是铜基体上一步合成连续的石墨烯/碳纳米管复合导电薄膜。

背景技术

碳纳米管是一种典型的层状中空结构，它于1991年由日本科学家饭岛（Iijima）发现。碳纳米管作为一维纳米材料，重量轻，六边形结构连接完美，具有许多异常的力学、电学和化学性能。其独特的结构是理想的一维模型材料；巨大的长径比使其有望用作坚韧的碳纤维，其强度为钢的100倍，重量则只有钢的1/6；同时它还有望用作为分子导线，纳米半导体材料，催化剂载体，分子吸收剂和近场发射材料等。石墨烯是一种特殊的片层结构，它于2004年由英国曼彻斯特大学科学家安德烈·海姆（Andre Geim）和康斯坦丁·诺沃肖洛夫（Konstantin Novoselov）发现，并获得了2010年诺贝尔物理奖。研究发现，石墨烯具有各种远超现有材料的优异属性，例如：世界上最薄的材料（单层石墨烯仅0.335nm）、目前已知强度最高的材料、韧性极好（弹性模量可达1.1TPa）、优异的抗渗性（He原子无法穿过）、突出的热导性能、室温下高速的电子迁移率、极高的比表面积（单层石墨烯的理论比表面积高达2630m²/g）、最轻的载荷子等。利用石墨烯能够研发一系列具有特殊性质的新材料，例如，石墨烯晶体管的传输速度远远超过目前的硅晶体管，有望应用于全新超级计算机的研发；石墨烯还可以用于制造触摸屏、发光板，甚至太阳能电池；与其它材料混合，石墨烯还可以用于更耐热、更结实的电导体，从而使新材料更薄、更轻和更富有弹性，应用前景十分广阔。

由于碳纳米管和石墨烯都具有优异的性能，所以将碳纳米管（CNTs）和石墨烯复合应用成为目前研究的热点之一，如杂化用于电极材料，场发射等。而降低CNTs与石墨烯间的界面电阻是进一步提高器件性能的关键。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明拟解决的技术问题是，提供一种石墨烯/碳纳米管复合导电薄膜的制备方法，该制备方法工艺过程简单，成本低廉，所得的石墨烯/CNTs复合导电薄膜性能优越，适合工业化生成。

本发明解决所述技术问题的技术方案是，设计一种石墨烯/碳纳米管复合导电薄膜的制备方法，该制备方法采用以下工艺：

1）制备催化剂前驱体

取样本铜箔依次在蒸馏水、丙酮和酒精中进行超声波清洗，干燥后进行等离子体处理或微氧化处理后备用；配置催化剂溶液，催化剂溶液由六水硝酸镍、六水硝酸钴或九水硝酸铁与六水硝酸钇的混合水溶液配制而成Ni基、Co基或Fe基催化剂，其中六水硝酸镍、六水硝酸钴或九水硝酸铁的浓度为0.0001-1mol/L，镍、钴或铁与钇的质量比为10-1；然后将处理后的样本铜箔浸入上述催化剂溶液中，使样本铜箔基体上负载一层催化剂溶液，再将该铜箔基体放入真空干燥箱中，在80-100℃下干燥1小时，得到均匀分布在铜箔基体表面的钇掺杂催化剂前驱体；所述等离子处理为氩气等离子处理，处理时间0.5-10min；所述微氧化处理的条件是，空气中处理，处理温度100-300℃，处理时间0.1-2h；

2）制备石墨烯/碳纳米管复合导电薄膜

取步骤1）所得催化剂前驱体，放入石英舟中，将石英舟置于反应管中部恒温区；在氩气保护下升温至200-400℃，并在此温度下煅烧1-4小时，进行分解反应；然后将温度升到500-850℃通入混合反应气体，进行催化裂解反应；所述混合反应气体为氩气、氢气与乙炔气体按Ar∶H₂∶C₂H₂=100-400∶5-200∶5-100的流量比配制，反应0.2-1h后，关掉混合反应气体，保温0-1h，然后在氩气氛围下，将炉温降至室温，得到在铜片和铜箔基体上一步高效合成石墨烯/碳纳米管复合导电薄膜。