本發(fā)明涉及氧化石墨烯膜和石墨烯膜的制備方法，以及所述石墨烯膜的應(yīng)用。
背景技術(shù)：
：石墨烯是由碳原子通過sp2鍵組成的蜂窩狀晶格為最小結(jié)構(gòu)單元的單原子層材料，是世界上己知的最薄的材料，是構(gòu)成其他碳材料的一個(gè)基本構(gòu)建單元。它有很多優(yōu)異的電子性質(zhì)，如具有最快的電子遷移率，不受溫度控制的超高電荷載流子遷移率和接近光速的高效的費(fèi)米速度。此外單層石墨烯有極好的機(jī)械性能，其楊氏模量為1.0tpa，剛性為130gpa，光學(xué)透過性為97.7％(吸收2.3％白光)，超快的熱導(dǎo)率(5000w/m/k，是銅的100倍)。它還有高達(dá)2620m2/g的理論比表面積，極好的電子傳導(dǎo)率及柔韌性。由此，我們可以預(yù)測(cè)石墨烯在很多應(yīng)用領(lǐng)域可以單獨(dú)使用或者通過雜化或復(fù)合來取代碳納米管，石墨，金屬以及半導(dǎo)體，應(yīng)用前景良好。為了將應(yīng)用前景轉(zhuǎn)化為現(xiàn)實(shí)成果，人們不斷探索石墨烯的制備與加工方法。目前常用的方法主要可分為物理法和化學(xué)法兩大類，以微機(jī)械剝離法為代表的物理方法在制備完整晶格的石墨烯方面具有優(yōu)勢(shì)，卻因效率低下無法實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)?；瘜W(xué)方法制備石墨烯尤以氧化還原法為主，通過制備氧化石墨烯可對(duì)其進(jìn)行溶液加工，再經(jīng)還原得到石墨烯材料，但由于石墨烯表面電位較低，表面斥力減小，容易產(chǎn)生不可逆團(tuán)聚，影響石墨烯的保存和使用。而在器件的應(yīng)用中，薄膜的應(yīng)用范圍較廣，因此，有必要探索一種更加簡單易行的氧化石墨烯膜和石墨烯膜的制備方法。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明提供氧化石墨烯膜、石墨烯膜的制備方法，以及石墨烯膜的應(yīng)用，目的在于克服現(xiàn)有氧化石墨烯膜、石墨烯膜制備效率低、產(chǎn)品成本高、設(shè)備投資高的缺點(diǎn)。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：一種石墨烯膜的制備方法，包括以下步驟：s1.按重量份數(shù)計(jì)算，在冰水浴和攪拌的條件下，將8份五氧化二磷和10份過硫酸鉀緩慢加入裝有25～30份質(zhì)量分?jǐn)?shù)為98％硫酸的容器中，然后容器加熱到87℃后，再緩慢加入8份天然鱗片石墨，在攪拌條件下反應(yīng)10h，反應(yīng)結(jié)束后冷卻并用水稀釋，然后過濾干燥得到預(yù)氧化石墨；s2.按重量份數(shù)計(jì)，將25～30份高錳酸鉀、10～15份插層劑和10份預(yù)氧化石墨緩慢加入到240～250份質(zhì)量分?jǐn)?shù)為98％硫酸中，在35～40℃下反應(yīng)2～3h后加入，反應(yīng)結(jié)束后緩慢加入1000份質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.5～2％的雙氧水稀釋，然后過濾，再以超聲波震蕩6～8h，再經(jīng)過離心、過濾、清洗和干燥得到氧化石墨烯，將5份氧化石墨烯和8～10份hmdi加入10份無水dmf中，在50～60℃下攪拌8～10h，然后過濾，并用dmf清洗，然后加入10份無水dmf中，再加入3～5份tween80，在氮?dú)鈿夥障聰嚢?0h，然后用dmf和去離子水洗滌，然后干燥得到雙親性氧化石墨烯；s3.按重量份數(shù)計(jì)，將1份雙親性氧化石墨烯加入裝有100份去離子水的中容器然后攪拌超聲分散，然后加入100～500份dc704型硅油，在室溫下以50～150r/min的轉(zhuǎn)速攪拌30min，然后在20～30℃下靜置24～40h，得到氧化石墨烯膜；s4.將氧化石墨烯膜轉(zhuǎn)移到基片上，然后加入去離子水和還原劑，在90～92℃反應(yīng)2～3h，最后得到石墨烯膜。進(jìn)一步地，所述雙親性氧化石墨烯的質(zhì)量與容器的橫截面積之比為15～25g/m2。進(jìn)一步地，所述氧化石墨烯膜鋪展在基片上，所述基片為銅片、玻璃板或鎳板中的任意一種。進(jìn)一步地，所述s4中去離子水的液面比基片高0.2～0.5cm，所述氧化石墨烯膜固定在基片上。一種石墨烯膜，根據(jù)權(quán)利要求1～6任意一項(xiàng)所述的方法制備而成。一種石墨烯膜在電極材料上的應(yīng)用。一種石墨烯膜在傳感器上的應(yīng)用。一種石墨烯膜在晶體管上的應(yīng)用。本發(fā)明的有益效果：(1)未經(jīng)改性的氧化石墨烯分散在水中難以沉降，為了成膜通常需要添加沉降劑，沉降劑使得氧化石墨烯團(tuán)聚，因此制備出的膜厚度難以控制。tween80上具有親水和親油基團(tuán)，是常用的乳化劑，本發(fā)明以氧化石墨烯接枝tween80制備出具有雙親性能的氧化石墨烯，然后再將雙親性氧化石墨烯分散在油水兩相液體體系中，待液體分相后，在親水基團(tuán)和親油基團(tuán)的作用下，氧化石墨烯集中分散在兩相液體的界面處，然后成膜得到氧化石墨烯膜，成膜過程無需添加劑、成膜效率高且膜純度高。(2)為了避免還原時(shí)高溫破壞氧化石墨烯膜上的基團(tuán)，使得制備出的石墨烯膜喪失雙親特性，本發(fā)明將氧化石墨烯膜鋪展在基片上，加入還原劑以90～92℃加熱制備得到石墨烯膜，制備過程能耗低，設(shè)備簡單、制備出的膜具有雙親特性，能夠適用于有機(jī)和無機(jī)溶劑，極大提升了石墨烯膜的應(yīng)用范圍。(3)本發(fā)明的具有本發(fā)明以dc704型硅油為油相，dc704型硅油的密度比水大，與水不互溶，形成分相體系，與傳統(tǒng)的四氯化碳、氯仿、甲苯等有機(jī)溶劑相比，dc704型硅油具有不揮發(fā)、安全無毒、易得等優(yōu)點(diǎn)，且本法中水油體系可反復(fù)使用，節(jié)能環(huán)保的同時(shí)降低了產(chǎn)品成本。(4)本發(fā)明的雙親性氧化石墨烯的質(zhì)量與容器的橫截面積之比為15～25g/m2，通過調(diào)節(jié)雙親性氧化石墨烯的質(zhì)量和容器的橫截面積，可以有效地控制雙親性氧化石墨烯在兩液相界面處的厚度，從而控制氧化石墨烯膜和石墨烯膜的厚度。(5)本發(fā)明制備石墨烯膜時(shí)，氧化石墨烯膜鋪展在基片上，去離子水的液面比基片高0.2～0.5cm，液面低能減小膜的騰展空間，避免氧化石墨烯膜在還原時(shí)折疊或曲卷，導(dǎo)致還原后石墨烯膜的厚度不均勻，同時(shí)還能節(jié)約原料，降低生產(chǎn)成本。具體實(shí)施方式為便于更好地理解本發(fā)明，通過以下實(shí)例加以說明，這些實(shí)例屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍，但不限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。實(shí)施例1一種石墨烯膜的制備方法，包括以下步驟：s1.按重量份數(shù)計(jì)算，在冰水浴和攪拌的條件下，將8份五氧化二磷和10份過硫酸鉀緩慢加入裝有25份質(zhì)量分?jǐn)?shù)為98％硫酸的容器中，然后容器加熱到87℃后，再緩慢加入8份天然鱗片石墨，在攪拌條件下反應(yīng)10h，反應(yīng)結(jié)束后冷卻并用水稀釋，然后過濾干燥得到預(yù)氧化石墨；s2.按重量份數(shù)計(jì)，將30份高錳酸鉀、11份插層劑和10份預(yù)氧化石墨緩慢加入到240份質(zhì)量分?jǐn)?shù)為98％硫酸中，在40℃下反應(yīng)2h后加入，反應(yīng)結(jié)束后緩慢加入1000份質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.5％的雙氧水稀釋，然后過濾，再以超聲波震蕩8h，再經(jīng)過離心、過濾、清洗和干燥得到氧化石墨烯，將5份氧化石墨烯和9份hmdi加入10份無水dmf中，在60℃下攪拌8h，然后過濾，并用dmf清洗，然后加入10份無水dmf中，再加入3份tween80，在氮?dú)鈿夥障聰嚢?0h，然后用dmf和去離子水洗滌，然后干燥得到雙親性氧化石墨烯；s3.按重量份數(shù)計(jì)，將1份雙親性氧化石墨烯加入裝有100份去離子水的中容器然后攪拌超聲分散，然后加入100份dc704型硅油，在室溫下以50r/min的轉(zhuǎn)速攪拌30min，然后在30℃下靜置29h，得到氧化石墨烯膜；s4.將氧化石墨烯膜轉(zhuǎn)移到銅片上，然后加入去離子水和還原劑，去離子水的液面比銅片高0.2cm，在90℃反應(yīng)3h，最后得到石墨烯膜。所述雙親性氧化石墨烯的質(zhì)量與容器的橫截面積之比為15g/m2。實(shí)施例2一種石墨烯膜的制備方法，包括以下步驟：s1.按重量份數(shù)計(jì)算，在冰水浴和攪拌的條件下，將8份五氧化二磷和10份過硫酸鉀緩慢加入裝有28份質(zhì)量分?jǐn)?shù)為98％硫酸的容器中，然后容器加熱到87℃后，再緩慢加入8份天然鱗片石墨，在攪拌條件下反應(yīng)10h，反應(yīng)結(jié)束后冷卻并用水稀釋，然后過濾干燥得到預(yù)氧化石墨；s2.按重量份數(shù)計(jì)，將28份高錳酸鉀、10份插層劑和10份預(yù)氧化石墨緩慢加入到250份質(zhì)量分?jǐn)?shù)為98％硫酸中，在38℃下反應(yīng)3h后加入，反應(yīng)結(jié)束后緩慢加入1000份質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2％的雙氧水稀釋，然后過濾，再以超聲波震蕩6h，再經(jīng)過離心、過濾、清洗和干燥得到氧化石墨烯，將5份氧化石墨烯和8份hmdi加入10份無水dmf中，在55℃下攪拌9h，然后過濾，并用dmf清洗，然后加入10份無水dmf中，再加入4份tween80，在氮?dú)鈿夥障聰嚢?0h，然后用dmf和去離子水洗滌，然后干燥得到雙親性氧化石墨烯；s3.按重量份數(shù)計(jì)，將1份雙親性氧化石墨烯加入裝有100份去離子水的中容器然后攪拌超聲分散，然后加入200份dc704型硅油，在室溫下以150r/min的轉(zhuǎn)速攪拌30min，然后在20℃下靜置40h，得到氧化石墨烯膜；s4.將氧化石墨烯膜轉(zhuǎn)移到玻璃板上，然后加入去離子水和還原劑，去離子水的液面比玻璃板高0.5cm，在91℃反應(yīng)2.5h，最后得到石墨烯膜。所述雙親性氧化石墨烯的質(zhì)量與容器的橫截面積之比為25g/m2。實(shí)施例3一種石墨烯膜的制備方法，包括以下步驟：s1.按重量份數(shù)計(jì)算，在冰水浴和攪拌的條件下，將8份五氧化二磷和10份過硫酸鉀緩慢加入裝有30份質(zhì)量分?jǐn)?shù)為98％硫酸的容器中，然后容器加熱到87℃后，再緩慢加入8份天然鱗片石墨，在攪拌條件下反應(yīng)10h，反應(yīng)結(jié)束后冷卻并用水稀釋，然后過濾干燥得到預(yù)氧化石墨；s2.按重量份數(shù)計(jì)，將25份高錳酸鉀、15份插層劑和10份預(yù)氧化石墨緩慢加入到246份質(zhì)量分?jǐn)?shù)為98％硫酸中，在35℃下反應(yīng)2.5h后加入，反應(yīng)結(jié)束后緩慢加入1000份質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1％的雙氧水稀釋，然后過濾，再以超聲波震蕩7h，再經(jīng)過離心、過濾、清洗和干燥得到氧化石墨烯，將5份氧化石墨烯和10份hmdi加入10份無水dmf中，在50℃下攪拌10h，然后過濾，并用dmf清洗，然后加入10份無水dmf中，再加入5份tween80，在氮?dú)鈿夥障聰嚢?0h，然后用dmf和去離子水洗滌，然后干燥得到雙親性氧化石墨烯；s3.按重量份數(shù)計(jì)，將1份雙親性氧化石墨烯加入裝有100份去離子水的中容器然后攪拌超聲分散，然后加入500份dc704型硅油，在室溫下以100r/min的轉(zhuǎn)速攪拌30min，然后在25℃下靜置24h，得到氧化石墨烯膜；s4.將氧化石墨烯膜轉(zhuǎn)移到鎳板上，然后加入去離子水和還原劑，去離子水的液面比鎳板高0.4cm，在92℃反應(yīng)2h，最后得到石墨烯膜。所述雙親性氧化石墨烯的質(zhì)量與容器的橫截面積之比為20g/m2。實(shí)施例4一種石墨烯膜的制備方法，包括以下步驟：s1.按重量份數(shù)計(jì)算，在冰水浴和攪拌的條件下，將8份五氧化二磷和10份過硫酸鉀緩慢加入裝有28份質(zhì)量分?jǐn)?shù)為98％硫酸的容器中，然后容器加熱到87℃后，再緩慢加入8份天然鱗片石墨，在攪拌條件下反應(yīng)10h，反應(yīng)結(jié)束后冷卻并用水稀釋，然后過濾干燥得到預(yù)氧化石墨；s2.按重量份數(shù)計(jì)，將25份高錳酸鉀、13份插層劑和10份預(yù)氧化石墨緩慢加入到240份質(zhì)量分?jǐn)?shù)為98％硫酸中，在40℃下反應(yīng)2.3h后加入，反應(yīng)結(jié)束后緩慢加入1000份質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.2％的雙氧水稀釋，然后過濾，再以超聲波震蕩6.5h，再經(jīng)過離心、過濾、清洗和干燥得到氧化石墨烯，將5份氧化石墨烯和9份hmdi加入10份無水dmf中，在60℃下攪拌8.5h，然后過濾，并用dmf清洗，然后加入10份無水dmf中，再加入3.5份tween80，在氮?dú)鈿夥障聰嚢?0h，然后用dmf和去離子水洗滌，然后干燥得到雙親性氧化石墨烯；s3.按重量份數(shù)計(jì)，將1份雙親性氧化石墨烯加入裝有100份去離子水的中容器然后攪拌超聲分散，然后加入150份dc704型硅油，在室溫下以900r/min的轉(zhuǎn)速攪拌30min，然后在30℃下靜置40h，得到氧化石墨烯膜；s4.將氧化石墨烯膜轉(zhuǎn)移到銅片上，然后加入去離子水和還原劑，去離子水的液面比銅片高0.4cm，在92℃反應(yīng)3h，最后得到石墨烯膜。所述雙親性氧化石墨烯的質(zhì)量與容器的橫截面積之比為17g/m2。實(shí)施例5一種石墨烯膜的制備方法，包括以下步驟：s1.按重量份數(shù)計(jì)算，在冰水浴和攪拌的條件下，將8份五氧化二磷和10份過硫酸鉀緩慢加入裝有29份質(zhì)量分?jǐn)?shù)為98％硫酸的容器中，然后容器加熱到87℃后，再緩慢加入8份天然鱗片石墨，在攪拌條件下反應(yīng)10h，反應(yīng)結(jié)束后冷卻并用水稀釋，然后過濾干燥得到預(yù)氧化石墨；s2.按重量份數(shù)計(jì)，將25份高錳酸鉀、11份插層劑和10份預(yù)氧化石墨緩慢加入到248份質(zhì)量分?jǐn)?shù)為98％硫酸中，在35～40℃下反應(yīng)2～3h后加入，反應(yīng)結(jié)束后緩慢加入1000份質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.6％的雙氧水稀釋，然后過濾，再以超聲波震蕩6h，再經(jīng)過離心、過濾、清洗和干燥得到氧化石墨烯，將5份氧化石墨烯和8份hmdi加入10份無水dmf中，在56℃下攪拌8h，然后過濾，并用dmf清洗，然后加入10份無水dmf中，再加入3份tween80，在氮?dú)鈿夥障聰嚢?0h，然后用dmf和去離子水洗滌，然后干燥得到雙親性氧化石墨烯；s3.按重量份數(shù)計(jì)，將1份雙親性氧化石墨烯加入裝有100份去離子水的中容器然后攪拌超聲分散，然后加入200份dc704型硅油，在室溫下以100r/min的轉(zhuǎn)速攪拌30min，然后在25℃下靜置40h，得到氧化石墨烯膜；s4.將氧化石墨烯膜轉(zhuǎn)移到玻璃板上，然后加入去離子水和還原劑，去離子水的液面比玻璃板高0.2cm，在92℃反應(yīng)2h，最后得到石墨烯膜。所述雙親性氧化石墨烯的質(zhì)量與容器的橫截面積之比為23g/m2。對(duì)比例1對(duì)比例1與實(shí)施例1的不同之處在于：所述雙親性氧化石墨烯的質(zhì)量與容器的橫截面積之比為20g/m2。對(duì)比例2對(duì)比例2與實(shí)施例1的不同之處在于：所述雙親性氧化石墨烯的質(zhì)量與容器的橫截面積之比為25g/m2。測(cè)量實(shí)施例1～5和對(duì)比例1、2制備出的石墨烯膜的平均厚度，測(cè)量結(jié)果如下表所示。樣品厚度(μm)實(shí)施例112實(shí)施例221實(shí)施例316實(shí)施例413實(shí)施例519對(duì)比例117對(duì)比例219由實(shí)施例1、對(duì)比例1和對(duì)比例2的數(shù)據(jù)對(duì)比可知，調(diào)節(jié)雙親性氧化石墨烯的質(zhì)量與容器的橫截面積之比能夠有效調(diào)控所制備的石墨烯膜的厚度。本發(fā)明的保護(hù)范圍并不僅局限于上述實(shí)施例，凡屬于本發(fā)明思路下的技術(shù)方案均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本
技術(shù)領(lǐng)域：
的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理前提下的若干改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。當(dāng)前第1頁12