專利名稱：石墨烯-碳納米管復合結構的制備方法
技術領域：
本發明涉及一種石墨烯復合結構的制備方法，尤其涉及一種基于碳納米管的石墨烯復合結構的制備方法。
背景技術：
石墨烯請參見文獻K. S. Novoselov, et al. Electric field effect inatomically thin carbon films. Science, 2004，306(5696): 666-669與碳納米管請參見文獻S. Iijima. Helical microtubules of graphitic carbon. Nature, 1991，354(6348): 56-58均為碳的同素異形體，并且具有特殊的物理性質。石墨烯是由單層碳原子緊密堆積成二維蜂窩煤狀晶格結構的一種碳質新材料，具有優異的電學性能和熱學性能，其室溫電子遷移率可達ISOOOcm2V-1S'熱傳導率可達SOOOWnr1K'碳納米管是由石墨烯卷曲而成的無縫中空管體，其長度可達數微米至數毫米，直徑在幾納米至幾十納米之間，是·典型的一維納米材料，具有優異的力學、電學和化學性能。石墨烯和碳納米管都可做為薄膜材料。然而，石墨烯和碳納米管單獨作為薄膜材料都存在缺點。石墨烯雖具有高導電性，但在制備構成中層數難予精確控制，層片的尺寸和形狀不一，在成膜過程中易發生堆疊或脫離，而層片堆疊會降低薄膜的透光性，層片彼此脫離會增加面電阻。碳納米管薄膜呈網絡結構，管束間存在較大的空隙，這些空隙雖有利于透光，卻削弱了薄膜的導電性。石墨烯和碳納米管在結構和性能上具有互補性，因此，石墨烯與碳納米管的復合是未來的一個發展趨勢。目前，石墨烯與碳納米管的復合多采用液相法，先將石墨烯碎片和碳納米管粉末分別分散于溶液中，再將上述混合液成膜制得。液相法獲得的石墨烯-碳納米管復合結構中，由于石墨烯是以大量碎片的形式而非整體層狀分散于該復合結構中，使得該復合結構的導電性下降，而且也影響整體復合結構的韌性；由于碳納米管雜亂無章地分布在該復合結構中，使光線無法從該復合結構中有效透過，即，該復合結構的透光性下降。因此，液相法制得的石墨烯-碳納米管復合結構并不能充分有效地發揮石墨烯和碳納米管二者的特性，存在導電性、韌性和透光性較差等缺點。
發明內容
有鑒于此，確有必要提供一種導電性、韌性和透光性良好的石墨烯-碳納米管復合結構的制備方法。一種石墨烯-碳納米管復合結構的制備方法，其包括以下步驟提供一基體，該基體具有一第一表面以及與所述第一表面相對的第二表面；提供至少一石墨烯膜，該石墨烯膜形成或設置于所述基體的第一表面；提供至少一碳納米管層，將所述基體和所述石墨烯膜與該碳納米管層復合在一起，所述石墨烯膜與所述碳納米管層相接觸，得到基體-石墨烯-碳納米管復合結構；除去基體，得到石墨烯-碳納米管復合結構。一種石墨烯-碳納米管復合結構的制備方法，其包括以下步驟提供一基體，該基體具有一第一表面以及與所述第一表面相對的第二表面；提供至少一石墨烯膜，該石墨烯膜形成或設置于所述基體的第一表面；在所述基體的第一表面的石墨烯膜上涂覆保護層；除去基體，得到保護層-石墨烯復合結構；提供至少一碳納米管層，將所述保護層-石墨烯復合結構與該碳納米管層復合，所述石墨烯膜與所述碳納米管層相接觸，得到保護層-石墨烯-碳納米管復合結構；除去保護層，得到石墨烯-碳納米管復合結構。與現有技術相比較，利用本發明的制備方法所制備的石墨烯-碳納米管復合結構具有優異的導電性、韌性和透光性。而且，本發明提供的石墨烯-碳納米管復合結構的制備方法采用溶液腐蝕法除去基體，操作簡單，對設備要求低，成本低。
圖I為本發明第一具體實施例提供的石墨烯-碳納米管復合結構的制備方法的工藝流程圖。圖2為本發明第一具體實施例提供的石墨烯-碳納米管復合結構的制備方法所采 用的碳納米管拉膜的掃描電鏡照片。圖3為本發明第一具體實施例提供的石墨烯-碳納米管復合結構的制備方法所采用的碳納米管絮化膜的掃描電鏡照片。圖4為本發明第一具體實施例提供的石墨烯-碳納米管復合結構的制備方法所采用的碳納米管碾壓膜的掃描電鏡照片。圖5為本發明第一具體實施例提供的石墨烯-碳納米管復合結構的制備方法所采用的碳納米管網狀結構的結構示意圖。圖6為本發明第一具體實施例提供的石墨烯-碳納米管復合結構的制備方法所采用的非扭轉的碳納米管線的掃描電鏡照片。圖7為本發明第一具體實施例提供的石墨烯-碳納米管復合結構的制備方法所采用的扭轉的碳納米管線的掃描電鏡照片。圖8為本發明第一具體實施例提供的石墨烯-碳納米管復合結構的制備方法所采用的熱壓過程示意圖。圖9為本發明第一具體實施例提供的石墨烯-碳納米管復合結構的掃描電鏡照片。圖10為本發明第一具體實施例提供的石墨烯-碳納米管復合結構的透明度的測試曲線圖。圖11為本發明第二具體實施例提供的石墨烯-碳納米管復合結構的制備方法的工藝流程圖。主要元件符號^_
基體100
基體的第一表面—102
基體的第二表面—104
石墨烯膜
保護層_108
碳納米管層_110
碳納米管網狀結構_112
第一碳納米管線狀結構IllI
權利要求
1.一種石墨烯-碳納米管復合結構的制備方法，其包括以下步驟 提供一基體，該基體具有一第一表面以及與所述第一表面相對的第二表面； 提供至少一石墨烯膜，該石墨烯膜形成或設置于所述基體的第一表面； 提供至少一碳納米管層，將所述基體和所述石墨烯膜與該碳納米管層復合在一起，所述石墨烯膜與所述碳納米管層相接觸，得到基體-石墨烯-碳納米管復合結構；以及 除去基體，得到石墨烯-碳納米管復合結構。
2.如權利要求I所述的石墨烯-碳納米管復合結構的制備方法，其特征在于，所述石墨烯膜采用化學氣相沉積法、機械加壓法、LB法、溶液法或膠帶從定向石墨上撕取的方法制備。
3.如權利要求2所述的石墨烯-碳納米管復合結構的制備方法，其特征在于，所述機械加壓法包括以下步驟 用氧等離子體處理所述基體的第一表面，使該第一表面形成氧化層； 提供一塊狀聞定向熱解石墨，將該聞定向熱解石墨切出平整表面并形成解理面； 將形成有解理面的高定向熱解石墨放置于所述基體的第一表面的氧化層；以及 對所述基體的第一表面的高定向熱解石墨加壓后，釋放壓力，除去剩余高定向熱解石mO
4.如權利要求3所述的石墨烯-碳納米管復合結構的制備方法，其特征在于，所述基體為娃基體。
5.如權利要求3所述的石墨烯-碳納米管復合結構的制備方法，其特征在于，所述對基體第一表面的高定向熱解石墨加壓的方法通過將所述基體以及設置在所述基體第一表面的高定向熱解石墨放置于一夾具中，通過加壓裝置對該夾具施加10千克至20千克的壓力5分鐘至10分鐘實現。
6.如權利要求I所述的石墨烯-碳納米管復合結構的制備方法，其特征在于，將所述基體和所述石墨烯膜與該碳納米管層復合的過程中，預先在所述石墨烯膜的表面設置一高分子材料層，所述碳納米管層通過該高分子材料層與所述石墨烯膜復合。
7.如權利要求6所述的石墨烯-碳納米管復合結構的制備方法，其特征在于，所述高分子材料層由熔融態聞分子材料或聞分子材料溶液干燥后形成。
8.如權利要求7所述的石墨烯-碳納米管復合結構的制備方法，其特征在于，所述熔融態高分子材料或高分子材料溶液的粘度均大于I帕秒，并且常溫下為固態透明。
9.如權利要求8所述的石墨烯-碳納米管復合結構的制備方法，其特征在于，所述高分子材料為聚甲基丙烯酸甲酯。
10.如權利要求I所述的石墨烯-碳納米管復合結構的制備方法，其特征在于，將所述基體和所述石墨烯膜與該碳納米管層復合的步驟通過熱壓的方式進行，在所述熱壓步驟中，加熱溫度為70度至150度，施加壓力為5千克至20千克。
11.如權利要求I所述的石墨烯-碳納米管復合結構的制備方法，其特征在于，所述除去基體的過程中預先用氧等離子體氧化所述基體的第二表面。
12.如權利要求I所述的石墨烯-碳納米管復合結構的制備方法，其特征在于，所述除去基體的步驟是采用溶液腐蝕法將所述基體腐蝕。
13.如權利要求12所述的石墨烯-碳納米管復合結構的制備方法，其特征在于，所述除去基體的步驟之后采用超臨界CO2的方法除去所述溶液，其包括以下步驟 用所述液態CO2取代所述溶液； 使所述液態CO2處于超臨界狀態； 除去所述CO2。
14.如權利要求I所述的石墨烯-碳納米管復合結構的制備方法，其特征在于，所述除去基體后包括一在去離子水中漂浮清洗所述石墨烯-碳納米管復合結構的步驟。
15.一種石墨烯-碳納米管復合結構的制備方法，其包括以下步驟 提供一基體，該基體具有一第一表面以及與所述第一表面相對的第二表面； 提供至少一石墨烯膜，該石墨烯膜形成或設置于所述基體的第一表面； 在所述基體的第一表面的石墨烯膜上涂覆保護層； 除去基體，得到保護層-石墨烯復合結構； 提供至少一碳納米管層，將所述保護層-石墨烯復合結構與該碳納米管層復合，所述石墨烯膜與所述碳納米管層相接觸，得到保護層-石墨烯-碳納米管復合結構；以及除去保護層，得到石墨烯-碳納米管復合結構。
16.如權利要求15所述的石墨烯-碳納米管復合結構的制備方法，其特征在于，所述保護層為高分子材料。
17.如權利要求15所述的石墨烯-碳納米管復合結構的制備方法，其特征在于，將所述保護層-石墨烯復合結構與所述碳納米管層復合的過程中，預先在所述石墨烯膜的表面設置一高分子材料層，所述碳納米管層通過該高分子材料層與所述石墨烯膜復合。
18.如權利要求15所述的石墨烯-碳納米管復合結構的制備方法，其特征在于，所述保護層采用化學試劑除去。
全文摘要
一種石墨烯-碳納米管復合結構的制備方法，其包括以下步驟提供一基體，該基體具有一第一表面以及與所述第一表面相對的第二表面；提供至少一石墨烯膜，該石墨烯膜形成或設置于所述基體的第一表面；提供至少一碳納米管層，將所述基體和所述石墨烯膜與該碳納米管層復合在一起，所述石墨烯膜與所述碳納米管層相接觸，得到基體-石墨烯-碳納米管復合結構；除去基體，得到石墨烯-碳納米管復合結構。
文檔編號C01B31/02GK102795613SQ20111014026
公開日2012年11月28日 申請日期2011年5月27日 優先權日2011年5月27日
發明者姜開利, 林曉陽, 肖林, 范守善 申請人:清華大學, 鴻富錦精密工業(深圳)有限公司