氧化石墨烯薄膜及其制备方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN113816367A(43)申请公布日2021.12.21(21)申请号202111192312.3(22)申请日2021.10.13(71)申请人北京化工大学地址100029北京市朝阳区北三环东路15号(72)发明人张好斌张宇汤萍萍赵振芳于中振(74)专利代理机构北京林达刘知识产权代理事务所(普通合伙)11277代理人刘新宇李茂家(51)Int.Cl.C01B32/198(2017.01)C01B32/194(2017.01)权利要求书1页说明书12页附图4页(54)发明名称氧化石墨烯薄膜及其制备方法(57)摘要本发明公开了一种氧化石墨烯薄膜的制备方法。本发明是结合了石墨的氧化方法优化和氧化石墨烯片层的官能团液相调控工艺，以实现调节氧化石墨烯片层间的化学结构的目的，因此综合改善了氧化石墨烯薄膜的取向度和层间氢键相互作用，从而显著提升了氧化石墨烯薄膜的机械性能。CN113816367ACN113816367A权利要求书1/1页1.一种氧化石墨烯薄膜，其特征在于，所述氧化石墨烯薄膜由具有片层结构的氧化石墨烯形成，并且在所述片层结构中具有含氧官能团，其中，所述氧化石墨烯薄膜中碳原子与氧原子的原子比为1.8～3.4：1；所述含氧官能团至少包括OH官能团、环氧基和C＝O官能团，并且，以所述含氧官能团的总原子数计，所述OH官能团的含量为30～80％，所述C＝O官能团的含量为5.0％以下。2.根据权利要求1所述的薄膜，其特征在于，所述氧化石墨烯薄膜中碳原子与氧原子的原子比为2.6～3.2：1。3.根据权利要求1或2所述的薄膜，其特征在于，所述OH官能团的含量为37～75％。4.根据权利要求1～3任一项所述的薄膜，其特征在于，所述C＝O官能团的含量为4.0％以下。5.根据权利要求1～4任一项所述的薄膜，其特征在于，所述氧化石墨烯片层的横向尺寸为0.8～20μm；所述氧化石墨烯薄膜的厚度为0.01～50μm。6.根据权利要求1～5任一项所述的薄膜的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：(1)使用氧化剂处理石墨得到氧化石墨烯的步骤；(2)形成含有所述氧化石墨烯的分散液的步骤，其包括调节含有所述氧化石墨烯分散液的pH值；(3)氧化石墨烯薄膜形成的步骤，是将所述含有氧化石墨烯的分散液进行处理得到所述氧化石墨烯薄膜。7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述石墨源自于鳞片石墨、膨胀石墨或者人工石墨；所述石墨具有100～1000目的尺寸。8.根据权利要求6或7所述的方法，其特征在于，所述氧化处理为在含有强氧化剂的强酸溶液的存在下进行。9.根据权利要求6～8任一项所述的方法，其特征在于，所述调整分散液pH值的方法包括稀释或加入碱性物质，所述碱性物质包括水溶性的碱金属、碱土金属的氢氧化物或者它们的弱酸盐、氨水等中的一种或多种。10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，调整pH值后的所述含有氧化石墨烯的分散液的pH值为2.5～11。11.根据权利要求6～10任一项所述的方法，其特征在于，将所述含有氧化石墨烯片层的分散液形成所述氧化石墨烯薄膜的条件为真空抽滤、浇铸、喷涂、旋涂以及刮涂成型等方法中的任意一种。12.根据权利要求6～11任一项所述的方法，其特征在于，在氧化石墨烯薄膜形成的步骤之前还包括对所述含有氧化石墨烯的分散液进行超声处理的步骤。2CN113816367A说明书1/12页氧化石墨烯薄膜及其制备方法技术领域[0001]发明涉及新材料及其制备领域，具体而言，涉及一种高强度氧化石墨烯薄膜的制备方法。背景技术[0002]石墨烯是一种由碳原子以sp2杂化的形式组成的二维原子晶格，具有突出的导电导热能力和良好的力学性质。具有有限尺寸的氧化石墨烯形成的组装体是一种重要的石墨烯宏观材料前驱体。鳞片石墨经化学氧化处理后，共轭结构受到破坏，进而在其缺陷处产生羟基、环氧基和羧基等官能团，成为氧化石墨烯。含氧官能团的存在不仅能使氧化石墨烯稳定地分散在极性溶剂中，也有利于石墨烯材料的大规模制备和加工，同时可在其层间形成键合作用，改善组装体的力学性能。目前，由氧化石墨烯片层组装得到的薄膜在选择性透过膜、电极材料、导电/导热膜等领域有重要应用。[0003]氧化石墨烯薄膜可由真空辅助抽滤、浇铸以及刮涂等方法制备。Ruoff等人使用真空辅助抽滤法首次得到氧化石墨烯薄膜，其拉伸强度可达121MPa，模量最高为44GPa(Nature，448，(2007)：DOI：10.1038/nature06016)。为提高氧化石墨烯薄膜的机械性能，有研究在氧化石墨烯薄膜中引入多种添加剂，以提高层间相互作用，例如：[0004]1)引用文献1中公开了氢键键合型添加剂。聚乙烯醇(PVA)在其分子链上拥有丰富的羟