[发明专利]石墨烯/聚合物复合水凝胶薄膜及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种石墨烯/聚合物复合水凝胶薄膜的制备方法，属于石墨烯水凝胶薄膜的制备及应用研究领域。

背景技术

从2004年英国曼彻斯特大学的安德烈·K·海姆首次制造出石墨烯以来，它的独特性质吸引了无数科学家。它被认为是诸多新材料中最具潜力的“奇迹材料”，在材料及电子产业都具有非常诱人的应用前景。

因石墨烯具有很高的导电性和比表面积、较宽的电化学窗口和良好的化学稳定性，被认为是一种理想的储能材料。石墨烯的理论比表面积是2630m²/g，高于活性炭（见.Stoller M.D.,Park S.J.,Zhu Y.W.,et al.Graphene-Based Ultracapacitors[J].Nano Letters,2008,8,3498-3502）。

石墨烯有多种制备方法，其中化学还原氧化石墨烯（GO）是一种最有潜力实现大规模制备的方法（见Sunjin Park,Rodney S.Ruoff.Chemical methods for the production of graphenes[J].Nature Nanotechnology,2009,4:217-224.）。GO是一种单层的氧化石墨，可以通过对石墨进行化学或电化学氧化获得。用于具有大量的含氧官能团，GO可以很好的在水中进行剥离。对GO的还原可以通过化学、热或者电化学还原方法来进行。这种方法简单易行且适合大规模生产，并且得到的石墨烯（CCG）与机械剥离的石墨烯很相似，所以吸引了广泛的关注。

长久以来人们一直在寻找良好的多孔碳薄膜，以用于诸如各种能量存储转换装置、催化剂载体和化学稳定的分离膜等应用（见.Ismail A.F.,David L.I.B.A review on the latest development of carbon membranes for gas separation.Journal of Membrane Science2001,193,1-18.；Lee J.,Kim J.,Hyeon,T.Recent progress in the synthesis of porous carbon materials.Advanced Materials2006,18,2073-2094.；Pandolfo A.G.,Hollenkamp A.F.Carbon properties and their role in supercapacitors.Journal of Power Sources2006,157,11-27.等）。通过化学转化途径成功的制备石墨烯使得各种加工手段得以实现，比如真空抽滤、喷雾、静电吸附、过滤或旋转涂膜（见.Li D.,Kaner R.B.Materials science-Graphene-based materials.Science2008,320,1170-1171）。其中真空抽滤以前被用于制备巴基纸和GO膜，现在也被广泛用于制备石墨烯薄膜。由于真空吸力，2D的石墨烯片会以面对面的方式自组装，因此可以得到组装良好的石墨烯薄膜，并且具有机械柔韧性(杨氏模量达到35GPa)（见.Chen H.,Muller M.B.,Gilmore K.J.,et al.Mechanically strong,electrically conductive,and biocompatible graphene paper.Advanced Materials2008,20,3557-3561）。但是，堆叠如此好的结构对于某些性能来说是不利的，比如储能方面，因为石墨烯的重新堆叠会极大的限制石墨烯的比表面积。