[发明专利]一种基于柔性基底的石墨烯及其复合薄膜的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于石墨烯制备技术领域，更具体地，涉及一种基于柔性基底的石墨烯及其复合薄膜的制备方法。

背景技术

近年来，随着消费电子产品的需求急速增大，有关柔性的、轻便便携的电子器件（如可卷曲显示屏、可穿戴电子等）成为了一个研究热点。柔性电子在可穿戴的显示元件、人造皮肤以及分布式传感器等方面均有着很好的应用前景。石墨烯是碳原子以sp2杂化体系紧密堆积而成的蜂窝状二维晶格结构碳纳米材料，由于其具有大比表面积、高机械性能、优异的电子传输能力以及相对惰性的电化学性质和较低成本等特征，从而有望在柔性电子、储能、电化学传感等多个领域获得广泛应用。

在上述应用中，石墨烯通常需要作为薄膜形式并转移到柔性基底上进行使用。目前用于制备石墨烯薄膜的方法主要包括旋涂法、喷涂法、抽滤法以及化学气相沉积法（CVD）等，其中旋涂法作为实验室常用的操作方法，只能制备面积较小的石墨烯薄膜，而且所制得薄膜的厚度分布不均，对溶液要求也比较苛刻；喷涂法操作步骤复杂、制备成本相对较高，不利于大规模的工业化生产；抽滤法同样面临抽滤时间长、薄膜面积受装置限制，难以大面积制备等问题；对于化学气相沉积法，虽然可以大面积合成石墨烯薄膜，但必须采用金属催化层并在金属催化衬底上合成石墨烯薄膜，合成温度一般在650以上，这样实际操作时，必须将在金属衬底上合成的大面积石墨烯薄膜转移到柔性衬底上，相应造成了实际生产中的不便。因此，在相关领域中亟需寻找一种更为完善的制备方法，以便能够以简单易行、便于操控的方式获得基于柔性基底的石墨烯薄膜及其他复合产品。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种基于柔性基底的石墨烯及其复合薄膜的制备方法，其中通过采用纸质基材作为氧化石墨烯及其复合膜层的中间载体，当其浸泡在氢碘酸中时，不仅能够顺利执行石墨烯的还原过程，而且还能方便、快速地实现膜层的剥离以获得所需的薄膜产品，以此方式可摆脱对高温条件或其他有毒还原试剂的依赖，并解决现有技术中石墨烯薄膜及其复合薄膜薄膜难以转移的技术问题。

按照本发明的第一方面，提供了一种基于柔性基底的石墨烯薄膜的制备方法，其特征在于，该方法依次包括下列步骤：

（a）将质量浓度为0.1mg/ml～10mg/ml的氧化石墨烯水溶液涂布在纸质基材的表面上并形成一层均匀覆盖的膜层，然后执行烘干固化处理，由此获得氧化石墨烯纸；

（b）在氧化石墨烯纸的氧化石墨烯膜层表面上再涂覆一层聚二甲基硅氧烷层，并对其执行固化处理；

（c）将涂覆有聚二甲基硅氧烷层的氧化石墨烯纸浸泡在质量分数为45%～55%的氢碘酸中执行还原反应，在此还原过程中，纸质基材发生水解同时与氢碘酸反应生成气泡，由此促使与聚二甲基硅氧烷层相结合的石墨烯膜层自动脱离纸质基材，并获得所需的基于聚二甲基硅氧烷柔性基底的石墨烯薄膜产品。

按照本发明的第二方面，提供了一种基于柔性基底的石墨烯/碳纳米管复合薄膜的制备方法，其特征在于，该方法依次包括下列步骤：

（i）向质量浓度为2mg/ml～8mg/ml的氧化石墨烯水溶液中加入多壁碳纳米管并执行超声分散获得混合液，其中氧化石墨烯与多壁碳纳米管的质量配比为2:1～5:1，将该混合液涂布在纸质基材的表面上并形成一层均匀覆盖的复合膜层，然后执行烘干固化处理，由此获得承载有氧化石墨烯/碳纳米管复合膜层的纸质基材；

（ii）在该纸质基材的氧化石墨烯/碳纳米管复合膜层表面上再涂覆一层聚二甲基硅氧烷层，并对其执行固化处理；

（iii）将经过步骤（ii）处理后的纸质基材浸泡在质量分数为45%～55%的氢碘酸中执行还原反应，在此还原过程中，纸质基材发生水解同时与氢碘酸反应生成气泡，由此促使与聚二甲基硅氧烷层相结合的石墨烯/碳纳米管复合膜层自动脱离纸质基材，并获得所需的基于聚二甲基硅氧烷柔性基底的石墨烯/碳纳米管复合薄膜产品。

按照本发明的第三方面，提供了一种基于柔性基底的石墨烯/聚苯胺复合薄膜的制备方法，其特征在于，该方法依次包括下列步骤：

（A）向质量浓度为2mg/ml～8mg/ml的氧化石墨烯水溶液中加入聚苯胺纳米颗粒并执行超声分散获得混合液，其中氧化石墨烯与多壁碳纳米管的质量配比为2:1～4:1，将该混合液涂布在纸质基材的表面上并形成一层均匀覆盖的复合膜层，然后执行烘干固化处理，由此获得承载有氧化石墨烯/聚苯胺复合膜层的纸质基材；

（B）在该纸质基材的氧化石墨烯/聚苯胺复合膜层表面上再涂覆一层聚二甲基硅氧烷层，并对其执行固化处理；