[发明专利]一种自支撑还原氧化石墨烯薄膜的制备方法

说明书

本发明公开一种自支撑还原氧化石墨烯薄膜的制备方法。该方法包括将氧化石墨烯的乙醇分散液多次滴涂在具有微纳结构的基底上，然后在氩气和氢气气氛下，保持气压50～500Pa、200～1000℃热处理2～5h，制得与具有微纳结构的基底相同面积、相同形状、且能从基底上完整脱离的自支撑还原氧化石墨烯薄膜。所制备的薄膜厚度在几百纳米，利于减小器件整体尺寸，适于微纳光电器件中使用；薄膜导电性好，薄膜电阻能够小到50Ω/sq，导电性显著好于化学氧化还原法制得的还原氧化石墨烯薄膜，利于载流子迁移；薄膜中氧化石墨烯的还原程度受热处理温度调控，热处理温度越高还原程度越高，因此，可根据实际应用需要较容易地调控薄膜中氧化石墨烯的还原程度。

技术领域

本发明涉及碳纳米材料领域。更具体地，涉及一种自支撑还原氧化石墨烯薄膜的制备方法。

背景技术

石墨烯是一种由单层碳原子以苯环结构(即六角形蜂巢结构)周期性紧密堆积构成的一种二维碳材料。石墨烯具有很高的电子空穴迁移率、从紫外至远红外的宽谱吸收特性，在电子和光电子领域显示出巨大的应用潜能。石墨烯作为电子和光电子器件应用时，最常用的形式就是石墨烯薄膜。

目前，制备自支撑还原氧化石墨烯薄膜的方法，主要是真空抽滤法，即使用微孔滤膜进行真空抽滤后，将薄膜从滤膜上取下得到自支撑的还原氧化石墨烯薄膜，这种方法制备的还原氧化石墨烯薄膜膜厚通常在微米量级或更厚，而且，薄膜导电性较差，薄膜电阻在几百或几千Ω/sq。

中国专利CN104556013A公开了一种大尺寸自支撑石墨烯薄膜的制备方法。该制备方法主要为将氧化石墨烯水溶液倒入具有超疏水表面的模具中，再用HI溶液进行还原，经干燥即得大尺寸自支撑石墨烯薄膜材料。但其存在的缺点和不足在于采用HI溶液化学还原，这种化学还原反应伴随着大量气体的产生，导致薄膜内部石墨烯片层之间存在较大间隙，进而导致薄膜电阻较大，通常为几千Ω/sq，不利于载流子迁移。而且该法成膜的基本原理是模具灌注后干燥成膜，灌注量较少时很难形成自支撑薄膜，因此该法制得的薄膜膜厚通常在微米量级或以上。

中国专利CN104192836A公开了一种自支撑多孔石墨烯基薄膜的溶液热制备方法。该制备方法主要为将氧化石墨水溶液浓缩后得到氧化石墨烯薄膜，再将氧化石墨烯薄膜放入反应釜中添加酸性或碱性溶液，进行高温高压水热处理，该法化学反应条件剧烈，导致薄膜自身具有微观孔洞，而且，薄膜内部的石墨烯片层间存在明显间隙，导致薄膜电阻较大，不利于载流子迁移，不适于光电器件中使用。该法成膜的基本原理是溶液浓缩，溶液量较少时，很难形成自支撑薄膜，因此该法制得的薄膜膜厚通常在微米量级或以上。

因此，找到一种有效的方法制备导电性好且膜厚为纳米量级的自支撑还原氧化石墨烯薄膜，是本领域技术人员尚需解决的问题，这对于石墨烯薄膜在未来微纳光电子器件上应用具有重要意义。

发明内容

本发明的一个目的在于提供一种自支撑还原氧化石墨烯薄膜的制备方法。

本发明的另一个目的在于提供一种自支撑还原氧化石墨烯薄膜。

本发明提出的制备方法制得的自支撑还原氧化石墨烯薄膜厚度在几百纳米；薄膜导电性好，薄膜电阻50Ω//sq。该自支撑还原氧化石墨烯薄膜特征为：薄膜厚度较薄，膜厚几百纳米显著小于常用的真空抽滤法制备的自支撑还原氧化石墨烯薄膜的厚度；薄膜导电性好，薄膜电阻50Ω/sq；薄膜平均光吸收率为60％左右；薄膜中的氧化石墨烯的还原程度受热处理温度调控，热处理温度越高薄膜中氧化石墨烯的还原程度越高。

为达到上述第一个目的，本发明采用下述技术方案：

一种自支撑还原氧化石墨烯薄膜的制备方法，包括如下步骤：

1)将氧化石墨烯分散于乙醇中，配制成质量浓度为0.2～1.0mg/mL的氧化石墨烯分散液；

2)将步骤1)制得的氧化石墨烯分散液滴涂在具有微纳结构的基底上，制得铺展在具有微纳结构的基底上的氧化石墨烯薄膜；