[发明专利]一种改善石墨烯复合气体阻隔膜阻隔性能的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种改善石墨烯复合气体阻隔膜阻隔性能的方法。

背景技术

早期的阻隔性材料都是单一的高分子材料(如聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚酰胺(PA)、聚偏二氯乙烯(PVDC)等)，高分子膜由于在表面形成氧化硅、氧化铝、氧化镁等而作为一种气体阻隔膜，可有效地阻挡氧气、水蒸气等，因此广泛地应用于防止食品、工业用品和医药品等的变质的包装。另外，由于可有效地阻挡也能够气等，还可用于密封太阳能电池、液晶显示元件、有机EL元件等电子器件。但是氧化物粒子之间存在晶界缺陷，随着时间的增加，有些气体或液体会泄露，起不到严格密封的作用，因为高分子材料中存在很多孔洞，分子会从孔洞中穿过。而且单一的高分子材料存在着使用性能上的局限性，比如机械强度低，印刷性差等缺陷。金属密封膜的采用会改善密封效果，但密封效果仍不理想。人们选择在基膜上设置铝箔，可获得稳定的氧、水蒸气阻隔性，但是对于气体分子量较小的氢气、氦气的阻隔性较差，且柔韧性差、成本高，且不透明。近年来人们开发的具有由聚偏二氯乙烯(PVDC)或乙烯-乙烯醇共聚物(EVOH)形成的阻隔膜，也可有效地阻挡氧气，但前者含有氯，对环境有污染，后者的阻隔性随环境影响较大。普通高分子膜的导热性能很差，一般工业上的高分子导热材料都是用导热作用的氮化硼、三氧化二铝粉作填料复合而成，制作过程复杂，导热率相对较低。

随着柔性、透明超高阻隔膜在高附加值领域上的需求越来越多，如有机薄膜太阳能电池、柔性有机发光二极管、电子纸和轻质真空绝热板。将高分子材料之间复合、高分子和有机材料复合、高分子哈纳米材料复合，使其阻隔性能和其他性能得到提高，逐渐成为了阻隔性高分子材料的研究热点。

石墨烯，由单层碳原子紧密堆积而成的二维蜂窝状晶体，理论计算表明完整的原始石墨烯膜上存在的孔隙尺寸是0.064nm，小于较小的分子氢气和氦气的直径(分别为0.28nm和0.314nm)，所以理论上完美的石墨烯膜是不可渗透的，可以阻挡任何气体。最年来，许多研究者将石墨烯粉掺入高分子材料中制作阻隔性材料，阻隔效果的改善较大，但石墨烯在高分子材料中的分散存在着问题，因为石墨烯易发生团聚，以至于混入石墨烯的量较少。

但是，在制备石墨烯阻隔膜(这里的石墨烯膜专指由CVD生长而获得的)时，因为要将石墨烯膜从生长基体转移到高分子膜衬底上，而转移过程使用的热释放胶带或者聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)需要经过100多度的高温过程。一方面，高分子基底膜在100多度的高温下会产生或多或少的收缩，这就会对转移在上面的石墨烯膜的完整性造成不好的影响，石墨烯可能发生微小的破损或褶皱；另一方面，热释放胶带或者聚甲基丙烯酸甲酯转移石墨烯后会在石墨烯的表面留下残胶，使得石墨烯膜与高分子膜间、石墨烯膜与石墨烯膜将的空隙增大。上述两个方面对石墨烯阻隔膜的影响就是最终的阻隔性能变差。

发明内容

本发明的目的是解决高分子膜的热收缩对石墨烯膜造成的破坏，提供一种改善石墨烯复合气体阻隔膜阻隔性能的方法。

实现本发明目的的技术方案是一种改善石墨烯复合气体阻隔膜阻隔性能的方法，石墨烯复合气体阻隔膜依次为基膜、气体阻隔功能层、黏接层和保护膜；所述基膜和保护膜均为聚合物膜；所述气体阻隔功能层为一层或者两层或者多层石墨烯膜或者石墨烯膜与纳米级金属膜的叠加；使用热释放胶带将n(自然数，n≥1)层石墨烯膜从生长基体转移到基膜上；或者使用将含有黏接层的保护膜将n(自然数，n≥1)层石墨烯膜从生长基体转移到保护膜上，将气体阻隔功能层与基膜或者含黏接层的保护膜复合之前，将基膜或保护膜放入烘箱中加热；所述加热温度和加热时间满足：热释放胶带或者黏接层的脱胶温度≤加热温度≤基膜或者保护膜的变形温度；加热时间≥热释放胶带或者黏接层的脱胶时间。

在使用热释放胶带将n(自然数，n≥1)层石墨烯膜从生长基体转移到基膜上或者使用将含有黏接层的保护膜将n(自然数，n≥1)层石墨烯膜从生长基体转移到保护膜上的过程中，每转移一层石墨烯膜到基膜或者保护膜上后，均将含石墨烯的基膜或者保护膜放置于有机溶剂中浸泡。

所述每转移一层石墨烯膜时，将含石墨烯的基膜或者保护膜放置于有机溶剂中浸泡的次数至少为三次。

所述将含石墨烯的基膜或者保护膜放置于有机溶液中浸泡时，浸泡时间逐次缩短。

所述有机溶剂为甲基苯或者二甲苯或者乙酸乙酯或者丁酮或者前述的混合有机溶剂。

浸泡完成后采用纯水清洗，然后放入烘箱烘干，再转移下一层石墨烯膜。

在转移下一层石墨烯膜之前对前一层石墨烯进行保护。