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石墨烯薄膜的制备方法与材料特性

2021年08月06日 10:54人气：1891

　　石墨烯由于具有非同寻常的导电性能、超出钢铁数十倍的强度、较好的透光性和化学稳定性，是最有希望作为金属化成份应用于印刷电子器件技术中。石墨烯的制备方法有化学气相沉积法，氧化还原法，液相剥离法等，目前已有报道采用喷墨印刷法将还原氧化石墨烯用于有机薄膜晶体管电极、温度和化学传感器等，但由于还原氧化石墨烯并不能*恢复石墨烯的电子结构，电导率明显下降，而液相剥离法具有低原料成本，可宏量制备，低能耗，纯度高，低缺陷的优点，制备出的石墨烯在电子器件的应用方面具有明显的优势。

　　石墨烯薄膜制备方法

　　材料准备：

　　聚四氟乙烯110-120、导电石墨溶液10-13、丙烯酰胺20-30、乙撑硫脲0 .1-0 .2、过硫酸钠0 .7-1、三硬脂酸甘油酯1-2、三羟甲基丙烷0 .7-1、硬脂酸钙1-2、8-羟基喹啉0 .6-1。

　　具体方法步骤：

　　(1)取2-巯基苯并咪唑，加入到其重量10-14倍的无水乙醇中，搅拌均匀，加入双丙酮丙烯酰胺，在50-60℃下保温搅拌3-5分钟，得酰胺醇溶液；

　　(2)取石墨烯，加入到其重量17-20倍的、96-98%的硫酸溶液中，搅拌2-3小时，过滤，将沉淀水洗，与*混合，加入到上述酰胺醇溶液中，升高温度为60-65℃，保温搅拌1-2小时，得氧化酰胺醇溶液；

　　(3)取双癸基二甲基*，加入到其重量64-70倍的去离子水中，搅拌均匀，加入三丁基三氯化锡，搅拌均匀，得水分散液；

　　(4)取上述氧化酰胺醇溶液、水分散液混合，搅拌均匀，送入到75-80℃的恒温水浴中，保温搅拌40-50分钟，出料，蒸馏除去乙醇，得氧化酰胺水溶液；

　　(5)取抗坏血酸，加入到上述氧化酰胺水溶液中，搅拌均匀，得所述导电石墨溶液。

　　(6)取8-羟基喹啉，加入到上述导电石墨溶液中，搅拌均匀，加入三硬脂酸甘油酯，升高温度为60-65℃，保温搅拌1-2小时，得导电石墨分散液；

　　(7)取过硫酸钠，加入到其重量20-30倍的去离子水中，搅拌均匀；

　　(8)取丙烯酰胺，加入到上述导电石墨分散液中，搅拌均匀，送入到反应釜中，通入氮气，调节反应釜温度为65-70℃，滴加上述过硫酸钠的水溶液，滴加完毕后保温搅拌4-5小

　　时，得聚合物导电溶液；

　　(9)取聚四氟乙烯、三羟甲基丙烷混合，加入到混合料重量20-30倍的去离子水中，超声10-20分钟，得烷基化水分散液；

　　(10)取上述聚合物导电溶液、烷基化水分散液混合，在90-95℃下保温搅拌10-20分钟，过滤，将沉淀水洗，常温干燥，得导电聚合物；

　　(11)取上述导电聚合物，与剩余各原料混合，搅拌均匀，送入到挤出机中，经薄膜吹塑机

　　石墨烯薄膜的特性

　　石墨烯是迄今为止发现的最硬的材料，被称为“黑金”，因其在导电性、导热性、厚度、柔软度等性能上都具有优势，因此被认为是一种未来革命性的材料。

　　石墨烯导热性较高，根据实验结果表明，石墨烯的导热系数高达5300W/m·K，高于碳纳米管和金刚石。它的结构特点决定让它几乎是*透明的，只能吸收到2.4%的光。采用石墨烯材料制成的导热膜片可以实现电池与环境间的有效散热。相对于传统的石墨片导热更快，可折叠性更好。

　　导电性强是石墨烯的又一优点，在常温的情况下，石墨烯的电子迁移率超过15000cm2/V·s。远高于纳米碳管和矽晶体，而且电阻只有10-6Ω-cm,比铜或者银更低，是目前电阻率虽小的材料。石墨烯虽然很薄，但是比橡胶柔软.石墨烯的发现者，2010年的诺贝尔物理学奖获得者安德烈海姆曾讲过，石墨的材料特性，决定其可以被无限拉伸，同时弯曲到很大的角度也不会被断裂。

　　石墨烯薄膜的应用

　　可穿戴设备：实现远程医疗

　　石墨烯良好的导电性和柔软度使其成为是=可穿戴设备市场的优先选择。石墨烯导电油墨可以廉价地大量生产，并可以打印到各种材料中，包括衣服和纸张。

　　取暖设备：对抗寒冷冬日

　　石墨烯材料拥有较强的导电导热性能，热转化率高，可实现即用即热的快速升温体验，也是理想的电暖发热材料。相比传统电热毯，拥有石墨烯涂层加持的美的抱抱毯导热更快，3秒就能加热，可以迅速将热量传到人体身上，24V的低电压耗电也更少。

　　锂电池：提升充电能力

　　基于石墨烯的各项特殊理化性质，石墨烯在电极材料研究领域开发潜力巨大，目前较为常见的锂离子电池正极材料多为磷酸铁锂材料，但LiFePO4的电导率差、锂离子迁移率较低。若将LiFePO4材料与石墨烯复合，可以改善其导电能力，提高倍率性能。

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