[发明专利]一种基于液相法制备二维纳米材料薄膜的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种大面积快速制备二维纳米材料薄膜的方法，属于纳米材料制备技术领域。

背景技术

石墨烯的出现，开辟了基于二维纳米材料的研究新领域。由于其完美的二维单原子层结构，石墨烯等二维材料表现出了独特的电学、光学、热学和机械性能，因而在许多领域具有重要的应用前景。二维纳米材料主要包括石墨烯、氮化硼、二硫化钼、二硫化钨以及黑磷等材料；而低廉的价格和便捷的加工方法，对于二维纳米材料大规模生产至关重要。

为了实现二维纳米材料的产业化生产，二维纳米材料的尺寸和形态必须在大规模的合成中可控，所以开发出高效并且可控的生产方式对其在不同领域的应用具有重要意义。目前，二维材料宏观薄膜的制备方法主要包括化学气相沉积法和溶液组装等。化学气相沉积制备方法的主要优点之一是：二维材料薄膜性质稳定，可以形成单层厚的薄膜，光电和热学性能优异，但是该薄膜制作成本较高，并且不易进行转移。而常见的溶液组装法，往往采用旋涂、抽滤等方法，而这些方法制备的薄膜均匀性差、厚度较厚，而且制备过程中可能会引用对环境不友好的材料和化学试剂。因此，开发成本低、无污染、操作简单、能耗低的二维纳米材料薄膜制备方法，对于二维纳米材料的应用至关重要。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术存在的问题，提供一种二维纳米材料薄膜制备的新方法，使其能够快速地制备出大面积超薄二维纳米材料薄膜，且具有成本低、无污染、操作简单、能耗低的优点，以适用于大规模工业生产。

本发明的技术方案如下：

一种基于液相法制备二维纳米材料薄膜的方法，其特征在于所述方法包括如下步骤：

1)配置浓度为0.1～10mg/mL的二维纳米材料有机溶液；

2)在容器底部放置转移基底，然后在容器内放入水或盐溶液；

3)将步骤1)中配置好的二维纳米材料有机溶液置于水或盐溶液表面或内部，利用容器内液体的表面张力使二维纳米材料在液相表面自组装形成具有叠层结构的二维纳米材料薄膜，该薄膜厚度为2～10nm；

4)抽去容器内的水或盐溶液，使二维纳米材料薄膜与转移基底紧密贴合，之后取出带有薄膜的转移基底，静止干燥，即得到所述的二维纳米材料薄膜。

优选地，所述二维纳米材料包括石墨烯、氮化硼、二硫化钼、二硫化钨或黑磷。

优选地，所述二维纳米材料的有机溶剂采用乙醇、丙酮或异丙醇。

优选地，所述的转移基底包括硅片、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚酰亚胺、聚二甲基硅氧烷或者医用胶带。

本发明与现有技术相比，具有以下优点及突出性的技术效果：①该方法具有成本低、能耗低、制备周期短、重复性强、操作过程安全简单、制备过程对环境无污染，可用于大规模工业生产；②二维纳米材料薄膜厚度仅为2～10nm，在波长550nm处光学透过率达到85％～95％；③二维纳米材料薄膜制备快速，尺寸在100cm²大小的二维纳米材料薄膜可在10～20s时间内完成；④当二维纳米材料薄膜随柔性基底产生拉伸形变时，薄膜内堆叠的二维纳米材料层片发生相对滑移从而使二维纳米材料薄膜电阻发生相对变化，由此实现应变传感功能，其电阻对形变响应极为敏感，可以用作高灵敏的柔性应变传感器。

附图说明

图1是本发明制备二维纳米材料薄膜(石墨烯为例)表面光学显微镜照片。

图2是本发明制备二维纳米材料薄膜(石墨烯为例)的扫描电镜(SEM)照片。

图3是本发明制备二维纳米材料薄膜(石墨烯为例)在柔性基底的大尺寸宏观照片。

图4是本发明制备基于二维纳米材料薄膜(石墨烯为例)柔性应变传感器的应变-电阻曲线。

具体实施方式

本发明提供的一种基于液相法制备二维纳米材料薄膜的方法，该方法是以二维纳米材料为原料，配置含有二维纳米材料的低表面张力溶液，将含有二维纳米材料的低表面张力溶液加入到装有水溶液或者盐溶液的表面或内部，利用容器内液体的表面张力使二维纳米材料悬浮在液相表面并进行自组装形成二维纳米材料薄膜，该二维纳米材料薄膜可以从液体表面转移到相应所需的基材表面；其具体包括如下步骤：

1)首先配置浓度为0.1～10mg/mL的二维纳米材料有机溶液；有机溶剂可采用乙醇、丙酮或异丙醇；二维纳米材料一般为石墨烯、氮化硼、二硫化钼、二硫化钨或黑磷等；

2)在容器底部放置转移基底，然后在容器内放入水或盐溶液；转移基底可采用硅片、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚酰亚胺、聚二甲基硅氧烷或者医用胶带等柔性基底。