[发明专利]一种功能化石墨烯材料的制备方法

说明书

本发明提供一种功能化石墨烯材料的制备方法，包括以下步骤：制备氧化石墨烯溶液、还原剂溶液；将氧化石墨烯溶液、还原剂溶液按比例均匀混合形成混合溶液；将混合溶液与开设有多个通孔的基体表面相接触，使混合溶液和基体表面的接触处形成气液界面；在基体和混合溶液处于静置状态下对混合溶液进行加热，使气液界面处生成附着在基体上的石墨烯自组装层；将基体及附着在基体上的石墨烯自组装层从混合溶液中取出，浸泡入掺杂处理溶液中进行掺杂处理；将基体及附着在基体上的石墨烯自组装层从掺杂处理溶液中取出，进行自然干燥处理得到功能化石墨烯复合膜，或者进行冻干处理得到功能化石墨烯气凝胶。

技术领域

本发明涉及石墨烯材料技术领域，具体涉及一种功能化石墨烯材料的制备方法。

背景技术

石墨烯是由一层密集的、包裹在蜂巢晶体点阵上的碳原子组成，是世界上最薄的二维材料，其厚度仅为0.35nm。这种特殊结构，使石墨烯表现出许多优异性质，比如高导电性、高导热性和超柔性。通过对石墨烯进行功能化，可以提高石墨烯溶解性，而且可以赋予石墨烯新的性质，使其在聚合物复合材料、光电功能材料与器件以及生物医药等领域有很好的应用前景。

功能化的石墨烯材料具体包括石墨烯薄膜、石墨烯气凝胶。但目前，在石墨烯薄膜、石墨烯气凝胶的制备方法方面，存在以下问题：(1)通过过滤石墨烯分散液制备，无法制备大面积的石墨烯薄膜、石墨烯气凝胶。(2)制备石墨烯薄膜、石墨烯气凝胶时，对于外形不规则的基体，不能在基体表面所有区域无遗漏的生成石墨烯薄膜、石墨烯气凝胶。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明提出一种功能化石墨烯材料的制备方法，利用氧化石墨烯还原的化学反应过程，通过小孔诱导还原后的氧化石墨烯形成石墨烯自组装层，通过掺杂或交联处理后，再自然干燥得到功能化石墨烯复合膜，或者冻干得到功能化石墨烯气凝胶。

本发明采用的技术方案如下：

第一方面，提供了一种功能化石墨烯材料的制备方法，包括以下步骤：

制备氧化石墨烯溶液、还原剂溶液；

将氧化石墨烯溶液、还原剂溶液按比例均匀混合形成混合溶液；

将混合溶液与开设有多个通孔的基体表面相接触，使混合溶液和基体表面的接触处形成气液界面；

在基体和混合溶液处于静置状态下对混合溶液进行加热，使气液界面处生成附着在基体上的石墨烯自组装层；

将基体及附着在基体上的石墨烯自组装层从混合溶液中取出，浸泡入掺杂处理溶液中进行掺杂处理；

将基体及附着在基体上的石墨烯自组装层从掺杂处理溶液中取出，进行自然干燥处理得到功能化石墨烯复合膜，或者进行冻干处理得到功能化石墨烯气凝胶。

进一步的，基体为平面膜状或平面网状，或者具有半封闭结构或全封闭结构。

进一步的，掺杂处理溶液包括交联剂、金属纳米粒子或催化纳米粒子。

进一步的，交联剂为多巴胺或乙二胺。

进一步的，金属纳米粒子为银纳米粒子或金纳米粒子。

进一步的，催化纳米粒子为二氧化钛纳米粒子或氧化锌纳米粒子。

进一步的，进行掺杂处理时，在常温常压下浸泡2-12小时。

进一步的，自然干燥处理在室温条件下进行，干燥时间为8-24小时。

进一步的，冻干处理具体如下：

进行冷冻，冷冻过程中的温度设为零下30摄氏度，压强为1个标准大气压，冷冻时间为4小时；

进行干燥，干燥过程中温度设为零下30摄氏度，压强为10-100pa，干燥时间为24小时。