[发明专利]一种独立自支撑人工纳米石墨膜的制备方法

说明书

本发明公开了一种人工纳米石墨膜的制备方法，该石墨膜表面平整，垂直方向无分层现象。本方案通过在基底上离心旋涂、低温亚胺化、中温碳化剥离以及高温石墨化得到。离心旋涂得到水平方向良好取向的氧化石墨烯聚酰亚胺混合薄膜、低温亚胺化得到定型的依附于基底的薄膜材料、中温下基底物界面层挥发并配合碳膜收缩进行剥离、高温下最终得到高石墨化纳米碳膜。该薄膜具有均匀的厚度结构，可控的水平尺寸和垂直厚度，可以广泛应用于纳米材料领域，例如导热、导电、光吸收、药物探测等。

技术领域

本发明涉及纳米材料制备方法，尤其涉及一种独立自支撑人工纳米石墨膜的制备方法。

背景技术

自从石墨烯发现以来，二维纳米材料在声学、力学、热学、光学等领域得到了充分发展。但是高质量单层二维材料的可加工性、转移性较差，特别是其在某些领域少层结构不能表现出足够的通量等，因此需要体相二维材料弥补此方面的不足。同时材料厚度需要控制在一定范围内，以保证其和基底材料具有良好的可贴敷性。

目前纳米厚度体相二维材料的制备方法主要有CVD法和化学组装剥离法。但是CVD方法制备得材料厚度不可控，需要长时间的剥离过程和昂贵的成本，同时面临金属离子的污染问题。化学组装法简单快捷，材料厚度均匀，但是其表面均匀性受到多孔基底平整性以及孔径大小的影响；且其厚度较小，不适用于高厚纳米薄膜的制备。常规纯化学还原过的纳米石墨烯膜在100nm以上的厚度，在高温碳化或者石墨化过程中便会形成层离结构。为了避免层离结构的出现，其常规方法为增加氧化石墨烯表面官能团含量或者增加空洞缺陷，使得气体可以及时的逸散。而纯可石墨化聚合物基的纳米薄膜，一方面不能双向拉伸，因此其高温石墨化后结晶度低；另一方面其和基底脱离后无均匀的束缚力作用，会使得材料整体收缩严重，产生明显的褶皱，不能保证材料的整体均匀性和平整性。因此需要一种保证材料结晶度、平整性以及垂直方向致密性的方案。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种独立自支撑人工纳米石墨膜的制备方法。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：一种独立自支撑人工纳米石墨膜的制备方法，其特征在于，所述人工纳米石墨膜的厚度为100~280nm；该方法至少包括：将氧化石墨烯和可石墨化高分子混合后，涂敷在一基底上，成膜后进行进行热处理： 1-10摄氏度每分钟升温到400-600度，并维持1-4小时； 1-10摄氏度真空下每分钟升温到700-1600摄氏度，并维持0.1-2h；1-20摄氏度每分钟升温到2000-2300摄氏度，维持2-4小时，然后1-20摄氏度每分钟升温到2800-3200摄氏度，维持0.5-2小时。所述基底表面具有一可挥发涂层，所述可挥发涂层是指在700-1600摄氏度下多晶可挥发或者分解的多晶纳米涂层，可挥发涂层的厚度为20 nm以下。

进一步地，所述氧化石墨烯和可石墨化高分子的质量比为1：0.5-10。

进一步地，所述可石墨化高分子包括聚酰亚胺、聚丙烯腈、沥青等。

进一步地，所述成膜方法为将氧化石墨烯和可石墨化高分子混合的混合溶液进行旋涂、刮涂或离心喷涂。

进一步地，所述多晶可挥发涂层为氧化硅、氧化锗、二硼化镁（850）、二硼化铝（1650）以及二维材料金属硫化物等。

本发明的有益效果在于：其一，本发明利用氧化石墨烯二维材料性质，诱导可石墨化高分子进行石墨化或者取向排列，避免了常规可石墨化高分子的拉伸过程；其二，线性分子的加入，避免了石墨烯对气体逸散的屏蔽作用，可以灵活调整和控制材料厚度。