一種利用氧化石墨烯制備石墨烯薄膜的方法
【技術領域】
[0001 ] 本發明屬于石墨稀薄膜制備技術領域，具體涉及一種利用氧化石墨稀制備石墨稀薄膜的方法，更具體的涉及一種基于氧化石墨烯剝離天然石墨進而石墨烯自組裝形成薄膜的方法。
【背景技術】
[0002]石墨烯是繼富勒烯和碳納米管之后的又一新型納米碳材料，是目前最理想的二維納米材料。低廉的、透明的、導電的原始石墨烯薄膜在能源采集、光學、電學等領域有重大的應用前景。然而，由于石墨烯的不溶性和易于聚集，人們在制備石墨烯薄膜時采用還原氧化石墨稀(Hecht, D.S.et al.Adv.Mater.2011, 23, 1482-1513)、化學氣相沉積(Suk, J.ff.etal.ACS Nano 2011，5，6916-6924)等制備方法。在石墨烯薄膜的制備和應用中，為了降低生產成本和增強薄膜導電性，要利用簡單易得的原材料和探索一種更簡單的成膜技術，這仍然是一種挑戰。
[0003]氧化石墨烯是通過化學剝離石墨而得到的產物。由于它出色的水溶性，而被大家認為是親水的。到目前為止，已有研宄者指出氧化石墨烯是兩親物，可以作為表面活性劑，并進行了深入的研宄(Jaemyung Kim.et al.J.AM.CHEM.S0C.2010，132，8180-8186)。然而，目前尚未有利用氧化石墨烯來制備石墨烯薄膜的文獻報告。
【發明內容】
[0004]本發明的目的是提供一種利用氧化石墨烯制備石墨烯薄膜的方法，以提供一種原材料更為簡單易得、更簡單的成膜技術。
[0005]為解決上述技術問題，本發明采用的技術方案如下:
一種利用氧化石墨烯制備石墨烯薄膜的方法，所述方法利用氧化石墨烯剝離天然石墨進而石墨烯自組裝形成薄膜。
[0006]將天然鱗片石墨加入氧化石墨烯溶液中進行超聲分散獲得分散液，然后向分散液中加入正庚烷、2-甲基庚烷或異辛烷進行再次超聲，在氧化石墨烯溶液與正庚烷、2-甲基庚烷或異辛烷的界面處獲得石墨烯自組裝形成的石墨烯薄膜。
[0007]優選的，天然鱗片石墨與氧化石墨烯溶液中的氧化石墨烯的質量比為25-40:1，更優選30:1ο
[0008]優選的，所述氧化石墨稀溶液的濃度為0.01-0.016mg/ml，更優選0.013mg/ml。
[0009]分散液通過下述方式獲得:將天然鱗片石墨加入氧化石墨烯溶液中進行15-60min的水浴超聲后，再在功率為80%的探針超聲儀中進行第一次探針超聲30_120min。
[0010]優選的，獲得的分散液靜置6-12h后取上清液加入正庚烷、2-甲基庚烷或異辛烷進行再次超聲。
[0011]向分散液中加入正庚烷、2-甲基庚烷或異辛烷的量為制備氧化石墨烯溶液時所用的水的體積量的80%-120%。
[0012]優選的，向分散液中加入正庚燒、2-甲基庚燒或異辛燒后進行15-60min的水浴超聲，再在功率為40%的探針超聲儀中進行第二次探針超聲30-120min。
[0013]進行第二次探針超聲時，探針頭位于分散液與正庚烷、2-甲基庚烷或異辛烷界面的正上方。
[0014]加入正庚烷、2-甲基庚烷或異辛烷的同時，在反應容器中放入一個表面親水的介質，如表面親水的玻璃片等，使玻璃片貫穿分散液和正庚烷、2-甲基庚烷或異辛烷的界面。
[0015]本發明上述操作優選在塑料燒杯中進行。
[0016]本發明提供給了一種基于氧化石墨烯剝離天然石墨進而石墨烯自組裝形成薄膜的方法。方法利用氧化石墨烯的31共軛芳香區域與石墨通過31 -31相互作用而形成復合物，從而使石墨均勻地分散于水中，超聲的過程中能更好的被剝離。在加入正庚烷之后，水和油接觸產生大的界面能，從而產生驅動力使超聲產生的石墨烯在界面處自組裝形成薄膜，進而降低界面能，使界面能最小化。
[0017]本發明利用原始的、沒有進行過預處理和改性的天然鱗片石墨來生產宏觀的、透明的、導電的石墨烯薄膜，比利用化學氣相沉積法得到的石墨烯薄膜的成本更為低廉，原料更為易得。從整個制備過程上，本發明簡單易行，環保無污染，在能源采集、光學、電學等領域有重大的應用前景。
[0018]本發明與現有技術相比，具有如下優點:
本發明一種利用氧化石墨烯來制備石墨烯薄膜的方法簡單易行，原料易得，環保無污染，有很好的應用前景。
【附圖說明】
[0019]圖1為本發明實施例1所制備的攀爬在親水玻璃上的石墨烯薄膜的光學照片；
圖2為本發明實施例1所制備的漂浮在水表面上的石墨烯薄膜的光學照片；
圖3為本發明實施例1所制備的石墨烯薄膜的透射電鏡圖；
圖4為圖1中的石墨烯薄膜干燥后的光學照片。
【具體實施方式】
[0020]以下以具體實施例來說明本發明的技術方案，但本發明的保護范圍不限于此: 實施例1
將0.27mg的氧化石墨烯分散于20ml的去離子水中，形成氧化石墨烯溶液，然后將Smg的天然鱗片石墨添加到氧化石墨烯溶液中(天然鱗片石墨粉與氧化石墨烯的質量比為30:1)進行15min的水浴超聲后，在功率為80%的探針超聲儀中超聲30min ;接著，向此分散液中加入20ml的正庚燒，再進彳丁 15min的水浴超聲后，在功率為40%的探針超聲僅中再超聲30min ;最后，在氧化石墨稀溶液與正庚燒的界面處石墨稀自組裝形成薄膜。
[0021]用親水玻璃片、硅片或者聚乙烯醇膜取此薄膜，圖1為用親水玻璃片所取薄膜的光學照片；將其從玻璃片上轉移于水表面，其光學照片見圖2 ;用微柵撈取水表面的薄膜，室溫干燥后用透射電鏡表征，見圖3。若直接將圖1中的薄膜室溫干燥，干燥后薄膜的光學照片見圖4，可見薄膜有著較高的透光度；對干燥后的薄膜用四角探針法進行電導率的測量，薄膜具有良好的導電性能。
[0022]實施例2
將兩次水浴超聲的時間皆增長一倍，其它均同實施例1。
[0023]實施例3
將兩次探針超聲的時間皆增長一倍，其它均同實施例1。
[0024]實施例4
將兩次水浴和探針超聲的時間同時增長一倍，其它均同實施例1。
[0025]水浴或者探針超聲時間增長，石墨烯片層的厚度會變薄；兩者的超聲時間都增長，對石墨烯片層的剝離更有益。
[0026]實施例5
將實施例1中的正庚烷替換為2-甲基庚烷，結果與實施例1基本一致。
[0027]實施例6
將實施例1中的正庚烷替換為異辛烷，結果與實施例1基本一致。
【主權項】
1.一種利用氧化石墨烯制備石墨烯薄膜的方法，其特征在于，所述方法利用氧化石墨烯剝離天然石墨進而石墨烯自組裝形成薄膜。
2.如權利要求1所述的利用氧化石墨烯制備石墨烯薄膜的方法，其特征在于，將天然鱗片石墨加入氧化石墨烯溶液中進行超聲分散獲得分散液，然后向分散液中加入正庚烷、2-甲基庚烷或異辛烷進行再次超聲，在氧化石墨烯溶液與正庚烷、2-甲基庚烷或異辛烷的界面處獲得石墨烯自組裝形成的石墨烯薄膜。
3.如權利要求2所述的利用氧化石墨烯制備石墨烯薄膜的方法，其特征在于，天然鱗片石墨與氧化石墨烯溶液中的氧化石墨烯的質量比為25-40:1。
4.如權利要求3所述的利用氧化石墨烯來制備石墨烯薄膜的方法，其特征在于，所述氧化石墨稀溶液的濃度為0.01-0.016mg/mlo
5.如權利要求2所述的利用氧化石墨烯制備石墨烯薄膜的方法，其特征在于，分散液通過下述方式獲得:將天然鱗片石墨加入氧化石墨烯溶液中進行15-60min的水浴超聲后，再在功率為80%的探針超聲儀中進行第一次探針超聲30-120min。
6.如權利要求2所述的利用氧化石墨烯制備石墨烯薄膜的方法，其特征在于，向分散液中加入正庚烷、2-甲基庚烷或異辛烷的量為制備氧化石墨烯溶液時所用的水的體積量的80%-120%ο
7.如權利要求6所述的利用氧化石墨烯制備石墨烯薄膜的方法，其特征在于，向分散液中加入正庚烷、2-甲基庚烷或異辛烷后進行15-60min的水浴超聲，再在功率為40%的探針超聲儀中進行第二次探針超聲30-120min。
8.如權利要求5所述的利用氧化石墨烯制備石墨烯薄膜的方法，其特征在于，獲得的分散液靜置6-12h后取上清液加入正庚烷、2-甲基庚烷或異辛烷進行再次超聲。
9.如權利要求7所述的利用氧化石墨烯制備石墨烯薄膜的方法，其特征在于，進行第二次探針超聲時，探針頭位于分散液與正庚烷、2-甲基庚烷或異辛烷界面的正上方。
10.如權利要求2-9任一所述的利用氧化石墨烯制備石墨烯薄膜的方法，其特征在于，加入正庚烷、2-甲基庚烷或異辛烷的同時，在反應容器中放入一個表面親水的介質，使介質貫穿分散液和正庚烷、2-甲基庚烷或異辛烷的界面。
【專利摘要】本發明屬于石墨烯薄膜制備技術領域，特別涉及一種利用氧化石墨烯來制備石墨烯薄膜的方法，所述方法利用氧化石墨烯剝離天然石墨進而石墨烯自組裝形成薄膜。本發明一種利用氧化石墨烯來制備石墨烯薄膜的方法簡單易行，原料易得，環保無污染，有很好的應用前景。
【IPC分類】C01B31-04
【公開號】CN104724701
【申請號】CN201510123533
【發明人】許群, 劉彬
【申請人】鄭州大學
【公開日】2015年6月24日
【申請日】2015年3月20日