[发明专利]一种石墨烯薄膜的加工方法

说明书

本发明提供了一种石墨烯薄膜的加工方法，包括：1)利用氧化石墨烯原料制备氧化石墨烯薄膜；2)准备表面具有图案的模板；3)用水润湿所述模板的图案表面，将所述氧化石墨烯薄膜贴附于所述模板的图案表面并铺展成型，晾干以形成具有图案化空心结构的氧化石墨烯薄膜；4)用还原液处理所述步骤3)得到的具有图案化空心结构的氧化石墨烯薄膜。本发明提供的制备方法，通过利用氧化石墨烯和水之间的结合大于氧化石墨烯本身的层间结合，实现了介观尺度下石墨烯材料的自定义图案化空心结构的构筑，并且其材料来源丰富低廉，操作简单，成型效果好，结构精度高，图案和相应的空心结构可自定义，用途更加广泛。

技术领域

本发明属于石墨烯材料加工技术领域，尤其涉及一种石墨烯薄膜的加工方法。

背景技术

石墨烯是由六边形结构排布的碳原子组成的二维单原子层材料。碳原子之间通过sp²杂化轨道相互键合，平面片层内的C-Cσ键是材料中强度最高的键之一，片层与片层之间的大π键则决定了离域电子网络的形成，特殊的结构造成了其物理化学性质的独特性。

在众多对石墨烯的研究和探索中，对石墨烯材料进行形态构筑一直是一个有趣的课题。空心结构材料具有特殊的内控空腔结构，呈现出低密度和高比表面积的特性，具有良好的物质贮存和转运功能，是一种重要的功能材料。利用不同的机制和模板，可以获得各式各样的空心结构，以实现不同的需求应用。由于空心结构可调控的理化性质，在结构搭建上以及能源储存转化技术中都有相当的优势，比如燃料电池、锂离子电池、杂化超级电容器等。空心结构的功能性材料在各个领域中的应用不断发展，包括催化剂、化妆品、药物和基因运输、氢的制备储存，以及光电能源领域，空心结构都有着非常重要的作用。

近年来，具有复杂的几何形貌、亚微元、壳体、化学组分的空心结构的功能材料在基础研究和工程实践中都得到了广泛的应用。空心结构的应用方向不断扩增。通常情况下，空心结构的制备都要依靠硬质基底的帮助，将材料或者其前驱物质沉积在硬质基底上，而这些基底通常具有特殊的表面性质；随后通过刻蚀或者热分解等方法去除基底材质从而得到空心结构。但随之而来的问题就在于在介观尺度下，传统制备工艺达不到精度要求，而微观模板法依赖于模板物质本身的形状，不能按需求定制想要的自定义图案。此外，现有的石墨烯图案化方法工艺步骤复杂，且受限于模板本身形态和性质，无法获得如空心结构的立体图案。

CN105217605A提供了一种图案化石墨烯的制备方法，该方法以设计好的图案化沟槽结构的容器为反应器，将分散至油酸中的石墨烯粉末和水在容器中展开形成薄膜，再通过震荡、超声、加热、冷冻、磁化等静置得到。CN105139963A提供了一种电子装置，将石墨烯等导电材料黏着于树脂层的沟槽底部以制成图案。专利文献CN110467177A以及文献[1]中还提供了一种双面的三维石墨烯支架，并可用于神经细胞的分化，但其制备方法非常复杂繁琐不易操作，并且获得的石墨烯支架壁厚特别薄，只有单层或几层石墨烯，精度过小，无疑加大了实际应用的难度([1]马迅，可控石墨烯支架对神经祖细胞的生物学研究[D].2019.5.)。

上述方案的制备工艺繁琐复杂，获得的石墨烯图案受限于模板本身形态和性质，并且石墨烯薄膜与模板难以分离，操作难度较大。

发明内容

为了解决上述问题，本发明旨在提供一种操作简单、能够快速高效地获得具有空心结构的图案化石墨烯薄膜的加工方法，利用该方法可以获得微米尺度下的空心结构，也可以自定义空心结构形状形态，以适应各类应用场合。

一方面，本发明提供了一种石墨烯薄膜的加工方法，该方法包括：

1)利用氧化石墨烯原料制备氧化石墨烯薄膜；

2)准备表面具有图案的模板；

3)用水润湿所述模板的图案表面，将所述氧化石墨烯薄膜贴附于所述模板的图案表面并铺展成型，晾干以形成具有图案化空心结构的氧化石墨烯薄膜；

4)用还原液处理所述步骤3)得到的具有图案化空心结构的氧化石墨烯薄膜。