[发明专利]一种石墨烯/氧化石墨烯-碳纳米管复合材料的制备方法

说明书

本发明公开了一种石墨烯/氧化石墨烯‑碳纳米管复合材料的制备方法，首先通过将石墨烯或氧化石墨烯利用超声均匀分散在乙醇和水的混合液中，配制成石墨烯或氧化石墨烯的分散液，然后通过水热法将含铁类纳米催化剂和含硫物质负载到石墨烯或氧化石墨烯表面，再通过化学气相沉积法在表面负载催化剂的石墨烯或氧化石墨烯上沉积碳纳米管，得到机械与电学性能优异的各向同性的复合材料。

技术领域

本发明涉及石墨烯复合材料领域，尤其涉及一种石墨烯/氧化石墨烯-碳纳米管复合材料的制备方法。

背景技术

作为目前发现的最薄、强度最大、导电导热性能最强的一种新型纳米材料，石墨烯被称为“黑金”，是“新材料之王”， 石墨烯（Graphene）是一种由碳原子以sp2杂化方式形成的蜂窝状平面薄膜，是一种只有一个原子层厚度的准二维材料。而碳纳米管可以看做是石墨烯片层卷曲而成无缝中空管体，是典型的一维纳米材料。两者都具有十分优异的强度、柔韧、导电、导热、光学等物理特性，具有巨大的科学价值和广阔的应用前景。

虽然石墨烯和碳纳米管性能优异，具有广泛的应用，但两种材料由于范德华力的作用在制备过程中都容易团聚，抑制了表面效应的释放，影响了其电化学和热、力学性能。碳纳米管和石墨烯在化学结构上有许多相似之处，两者在平行于其石墨晶格的方向导热性能十分突出。在力学方面碳纳米管在垂直于轴向方向强度较弱，石墨烯在垂直晶格方向是目前发现的强度最高的材料。因此人们开始利用两者的特点合成一种石墨烯-碳纳米管复合材料通过两者间的协同效应，获得更理想的电化学和热、力学性能。比如更好的各项同行的导电、导热性能和更高的力学强度。

目前，石墨烯-碳纳米管复合材料制备方法包括电泳沉积法，真空抽滤法，涂制成膜法，原位化学还原法。但这些方法限制了薄膜的面积，且所得到的薄膜厚度难以控制不均匀。化学气相沉积法可以制备大面积厚度均匀的薄膜，是目前制备碳纳米材料最为广泛的方法，但一般合成方法都是在一层石墨烯基底上合成另一层碳纳米管或者是在一层碳纳米管基底上合成另一层石墨烯，两者难以真正进行原位复合。

发明内容

本发明针对石墨烯和碳纳米管上述特点，旨在提供一种具有良好各向同性导电、导热性能和更高力学强度的石墨烯/氧化石墨烯-碳纳米管复合材料的制备方法。

本发明的技术方案如下：

一种石墨烯/氧化石墨烯-碳纳米管复合材料的制备方法，包括以下步骤：

步骤1，将石墨烯或氧化石墨烯利用超声均匀分散在乙醇和水的混合液中，配制成石墨烯或氧化石墨烯含量为0.1-5mg/mL的分散液；

步骤2，将含铁类纳米催化剂和含硫物质加入到分散液中，超声形成各组分均匀分散的混合分散液；

步骤3，将混合分散液在搅拌条件下进行水热反应，然后自然冷却至室温，产物离心分离后洗涤、烘干，得到反应产物；

步骤4，将反应产物通过化学气相沉积法进行沉积，沉积分为三个温度区，分别为气化区、第一恒温区和第二恒温区，沉积过程为先在真空条件下将气化区升温至150-600℃，第一恒温区和第二恒温区升温至1100-1400℃，然后通入氩气和氢气，使得氩气和氢气充满整个反应空间，再通入碳源，使碳源依次经过气化区、第一恒温区和第二恒温区，在反应产物表面生长纳米碳，得到石墨烯/氧化石墨烯-碳纳米管复合材料。

进一步，所述的石墨烯/氧化石墨烯-碳纳米管复合材料的制备方法，步骤2中含铁类纳米催化剂选自二茂铁、四氧化三铁、七水合硫酸亚铁中一种或几种。

进一步，所述的石墨烯/氧化石墨烯-碳纳米管复合材料的制备方法，步骤2中含硫物质为噻吩或单质硫粉。

进一步，所述的石墨烯/氧化石墨烯-碳纳米管复合材料的制备方法，步骤2中含铁类纳米催化剂和石墨烯的质量比为10:1-1:10。