[发明专利]石墨烯柔性复合层及其制备方法和应用

说明书

本申请公开了一种石墨烯柔性复合层及其制备方法和应用。所述石墨烯柔性复合层依次包括第一石墨烯薄膜层、第一金属衬底、非金属衬底、第二金属衬底和第二石墨烯薄膜层。石墨烯柔性复合层的制备方法，包括步骤一：将第一金属衬底‑非金属衬底‑第二金属衬底柔性复合层置于卷对卷连续生长设备的从动辊和主动辊上，和步骤二：在第一金属衬底‑非金属衬底‑第二金属衬底柔性复合层上卷对卷连续生长石墨烯。石墨烯柔性复合层可应用于电磁屏蔽、抗静电、导电、导热产品中，还可提高制备石墨烯薄膜的生产率。

技术领域

本公开涉及石墨烯及其制备方法和应用，尤其是一种石墨烯柔性复合层及其制备方法和应用。

背景技术

现有石墨烯卷对卷连续生长工艺，采用单层金属衬底进行石墨烯的连续生长，主要包括三个步骤：①首先将金属衬底卷(例如铜箔)放入进料舱，牵引金属衬底穿过生长室，与收集舱的收卷辊相连；然后关闭反应腔室，抽真空至一定压力下，然后通入惰性气体(例如氩气)，并开启升温程序，升温至目标温度；②进入恒温阶段，通入碳源气体(例如甲烷)，开启电机使收卷辊转动，从而使得金属衬底持续运行通过生长室再卷绕到收卷辊，恒温一定时间；③生长结束，关闭碳源气体，继续通惰性气体使设备冷却至室温，取出收卷料。收卷料即表面生长石墨烯的石墨烯/金属衬底卷。

现有技术制备的石墨烯/金属衬底是两面都生长有石墨烯的金属衬底，在应用时常常需要将金属衬底上的石墨烯转移至合适的基底表面。图1显示了目前常见的石墨烯转移流程：将石墨烯/金属衬底的一面与基底贴合，再去除另一面的石墨烯和其它污染物；然后将金属衬底完全刻蚀，从而将石墨烯转移至基底。通过该示意图能够明显地看出，石墨烯-金属复合材料上只有一面的石墨烯能有效转移，而另一面在转移过程中被废弃。

发明内容

本公开要解决的技术问题是，一方面，现有石墨烯/金属衬底只能有效转移部分石墨烯，生产效率较低；另一方面，提供一种新型石墨烯柔性复合层，可有效提高石墨烯转移量，还可用于电磁屏蔽、抗静电、导电、导热产品中。

本发明人将两层金属衬底之间夹设非金属衬底制得的第一金属衬底-非金属衬底-第二金属衬底柔性复合层(简称“复合层衬底”)作为初始衬底，复合层衬底经过生长室时，石墨烯仅在复合层衬底的裸露金属面生长，而不在金属衬底与非金属衬底的贴合面生长，从而得到石墨烯柔性复合层。生长结束后，分离石墨烯柔性复合层中的两层金属衬底，可对金属衬底上的石墨烯分别进行转移应用。本发明人采用复合层衬底进行卷对卷连续生长，使得石墨烯柔性复合层两面生长得到的石墨烯都得到了有效利用。

具体来说，本公开提出了如下技术方案：

一方面，本公开的一些实施方式提供了一种石墨烯柔性复合层，所述石墨烯柔性复合层依次包括第一石墨烯薄膜层、第一金属衬底、非金属衬底、第二金属衬底和第二石墨烯薄膜层。

本公开的一些实施方式中，所述非金属衬底的厚度为30～200μm；

优选地，所述非金属衬底为石墨纸，更优选地，所述石墨纸的含碳量为99.90wt.％以上。

本公开的一些实施方式中，所述第一金属衬底和/或第二金属衬底的厚度为5～105μm，优选地，所述第一金属衬底和/或第二金属衬底的厚度为20～30μm；

更优选地，所述第一金属衬底和第二金属衬底为相同或不同的过渡金属衬底，更优选地，所述过渡金属选自镍、钴、铁、铂、金、铬、铜、锰、钼、钌、钽、钛、钨中的一种或任意两种或两种以上组成的合金；更优选地，所述过渡金属选自铜或镍或其合金。

本公开的一些实施方式中，所述第一石墨烯薄膜层和/或第二石墨烯薄膜层为单层碳原子石墨烯或双层碳原子石墨烯，优选地，所述第一石墨烯薄膜层和第二石墨烯薄膜层为单层碳原子石墨烯。

另一方面，本公开提供了石墨烯柔性复合层的制备方法或一种石墨烯的制备方法，包括以下步骤：