一種透明薄膜的制備方法
【專利摘要】本發明提供了一種透明薄膜的制備方法。所述的透明的薄膜是由碳納米管或者石墨烯或者其他二維材料的一種或幾種組成，將碳納米管或者石墨烯或者其他二維材料中的一種或幾種分散液分散到水的表面上形成一層均勻透明的薄膜，利用各種不同的基底撈起一層或多層薄膜，或是將親水的基底插到形成含有上述物質薄膜的水面上，薄膜將自動爬到親水的基底上。本發明解決了碳納米管、石墨烯透明導電薄膜或者其他二維材料的透明膜在成膜時價格昂貴、步驟復雜以及噴涂法、旋涂法、轉印法效率低不能大規模生產等問題。
【專利說明】
一種透明薄膜的制備方法
技術領域
[0001]本發明屬于納米材料技術領域，尤其涉及碳納米管、石墨烯透明導電的薄膜或者是其他二維材料透明薄膜的制備，以及碳納米管、石墨烯或者其他二維材料的分散液在水的表面上自動形成一層均勻透明的膜，將其撈到各種基底上;或者是將親水的基底插到含有上述物質水面上，碳納米管、石墨烯或者其他二維材料自動爬到基底上形成均勻薄膜的制備方法。
【背景技術】
[0002]透明導電的薄膜廣泛的存在于現代的便攜式或家常的電子設備中，例如觸摸屏、液晶顯示屏、有機光電子電池、太陽能電池和有機發光二極管。氧化銦錫(ITO)可以用來制備透明導電的薄膜，但由于其自然資源匱乏、易碎、價格昂貴、柔韌性能差而不能廣泛的應用各種基底上。眾所周知，碳納米管是一維管狀結構的材料，石墨烯是一種二維平面蜂窩狀結構的材料，他們具有優越的機械性質、電學性質、熱學性質、光學性質，被看做代替價格昂貴的ITO的理想材料。最近十多年，世界科學家們尤其對石墨烯透明導電膜產生了濃厚的興趣。自2004年起，英國曼徹斯特大學物理學家安德烈.海姆和康斯坦丁.諾沃肖洛夫，利用膠帶剝離的方法成功地從石墨中剝離出大片的無缺陷的單層石墨烯透明膜，這種方法能夠得到大面積的連續的石墨烯透明薄膜。此外，制備石墨烯薄膜的方法還包括噴涂法、旋涂法、轉印法、化學氣相沉積。首先將石墨液相處理成氧化石墨烯，利用旋涂、噴涂或轉印的方法，將氧化石墨烯沉積在基地上，然后用化學還原或者是高溫還原的方法得透明導電的石墨烯薄膜。這種方法雖然能夠大面積的制備透明導電的石墨烯薄膜，但是也有其本身的局限性。首先將石墨液相分散成氧化石墨烯要使用強烈的氧化劑，對環境和實驗者造會成嚴重的污染和傷害。化學或高溫還原得到的石墨烯破壞了石墨烯本來的結構，影響了石墨烯本身的性質，不易大規模的應用。2009年，Kim等人利用化學氣相沉積的方法在鎳層或碳化過度金屬物的表面上制備大面積的高導電的透明石墨烯薄膜，使透明導電的石墨烯薄膜代替ITO成為了可能，然而由于這種方法儀器價格昂貴、實驗方法和條件要求嚴格、不能沉積在任意的基底上，阻礙了其大規模的生產。
[0003]同時其他的二維材料透明薄膜由于其具有獨特的物理性質和高的比表面積，因此在光電、自旋電子學、催化、化學和生物傳感、超級電容器、太陽能電池，鋰離子電池中具有重要的應用。
【發明內容】
[0004]因此，針對上述技術以及應用問題，本發明的目的在于提供一種制備碳納米管、石墨烯透明導電薄膜或者是其他二維材料的薄膜的方法。所述的透明的薄膜是由碳納米管、石墨烯或者其他二維材料中的一種或幾種組成。所述的石墨烯包括:化學還原的石墨烯、高溫還原的石墨烯、機械剝離的石墨烯、超聲剝離的石墨烯、電化學剝離的石墨烯、化學氣相沉積的石墨烯、小分子插層剝離的石墨烯、外延生長的石墨烯。
[0005]本發明的另一目的在于提出一種制備透明薄膜的方法，步驟包括:將碳納米管或者石墨烯或者其他二維材料的分散液，利用注射以恒定的流速注射到水的任意大小的容器里，使其在表面上自動形成一層透明的薄膜;所述分散液的濃度是0.01-200mg.mL—1，優選1-SOmg.mL—1其中有0-6% (重量)的分散劑，優選卜3% (重量)的分散劑。用不同的基底將其撈到表面上;或者是將親水的基底插入到上述薄膜的水的表面上，物質自動爬到各種親水的基底上形成透明的薄膜。然后在室溫或加熱的條件下干燥得到均勻透明的碳納米管、石墨烯或者其他二維材料的透明薄膜。
[0006]本發明通過以下技術方案實現。
[0007]—種制備透明薄膜的方法，包括碳納米管、石墨烯或者其他二維材料的分散液、基底、其特征在于，所述的透明薄膜是是由碳納米管、石墨烯或者其他二維材料中的一種或幾種組成;所述的石墨烯包括:化學還原的石墨烯、高溫還原的石墨烯、機械剝離的石墨烯、超聲剝離的石墨烯、電化學剝離的石墨烯、化學氣相沉積的石墨烯、小分子插層剝離的石墨稀、外延生長的石墨稀；
[0008]所述的基底包括玻璃片、石英片、PET、金屬片、玻璃棒、金屬棒。
[0009]優選地，二維材料是石墨烯、二硫化鉬(MoS2)、硫化鎢(WS2)、砸化鉬(MoSe2)JiMt鉬(MoTe2)、砸化鉭(TaSe2)、砸化鈮(NbSe)、碲化鎳(NiTe2)、氮化硼(BN)、碲化鉍(Bi2Te3)、黑磷、二砸化鎢(WSe2)、二碲化鎢(WTe2)、硫化鎵(GaS)、硫化鉿(HfSe2)、砸化銦(In2Se3)、硫錫鉛(PbSnS2)、砸化鉑(PtSe2)、硫化錸(ReS2)、硫化錫(SnS2)、砸化錫(SnSe2)、硫化鉭(TaS2)、硫化鈦(TiS2)、砸化鈦(TiSe2)、砸化釩(VSe2) 一種或者幾種。
[0010]優選地，所述的碳納米管、石墨烯或者其他二維材料分散溶液的溶劑為環戊酮、環己酮、哌啶-1-甲醛、乙烯基吡咯烷酮、I，3_二甲基-2-咪唑啉、溴苯、氰苯、水、苯甲基安息香酸、N，N-二甲基丙烯基脲酮、N-乙基-2-吡咯烷酮、N-甲基吡咯烷酮、二甲乙酰胺、環己基吡咯烷酮、芐醚、異丙醇、N-辛基吡咯烷酮、二氧戊環、乙酸乙酯、1-氮萘、安息香醛、乙醇胺、酞酸二乙酯、N-十二烷基吡咯烷酮、啦啶、酞酸二甲酯、乙酸乙烯酯、甲苯、庚烷、戊烷、己烷、甲酰胺、二甲基甲酰胺、二甲基亞砜、二氯代苯、氯仿、四氫呋喃的一種或多種。
[0011]優選地，所述的碳納米管、石墨烯或者其他二維材料分散溶液的分散劑為:十二烷基苯磺酸鈉、十二烷基磺酸鈉、對苯乙烯磺酸鈉、聚對苯乙烯磺酸鈉、聚乙烯吡咯烷酮、膽酸鈉、聚苯乙烯、十六烷基三甲基溴化銨、聚乙烯醇中一種或多種。
[0012]優選地，所述的制備透明膜的方法是:用各種不同的基底撈膜或者是用親水的基底爬模。
【附圖說明】
[0013]圖1為實施例1中利用撈膜的方法得到的透明導電石墨烯薄膜的光學照片。
[0014]圖2為實施例2中利用爬模的方法得到的透明導電石墨烯薄膜的光學照片。
[0015]圖3為實施例1中用撈膜的方法得到的透明導電石墨烯薄膜透過率。
【具體實施方式】
[0016]實施例1
[0017](I)取濃度為Img.mL—1的石墨烯分散液，溶劑為環戊酮。
[0018](2)將上述的石墨烯分散液以2000rpm轉速離心45min，將離心后的上清液取出實驗使用。
[0019](3)取步驟(2)的混合液利用10mL的注射以恒定的流速注射到IL的結晶皿中，可在表面形成一層均勻的透明的薄膜。
[0020](4)用干凈的玻璃片將均勻的透明的薄膜撈起，可得透明導電的石墨烯薄膜。
[0021 ] (5)將(4)得到的透明薄膜放到烘箱中在60 °C下加熱干燥Ih，然后再在100 °C下干燥3h。
[0022]實施例2
[0023](I)取濃度為0.5mg.mL—1的碳納米管分散液，溶劑為乙烯基吡咯烷酮。
[0024](2)將上述的碳納米管分散液以3000rpm轉速離心45min，將離心后的上清液取出實驗使用。
[0025](3)取步驟(2)的混合液利用10mL的注射以恒定的流速注射到IL的結晶皿中，可在表面形成一層均勻的透明的碳納米管的薄膜。
[0026](4)用親水的銅片插入到(3)中形成均勻透明的碳納米管的薄膜上，碳納米管的薄膜爬到親水的銅片上。
[0027](5)將(4)得到的透明薄膜放到烘箱中在60 °C下加熱干燥Ih，然后再在100 °C下干燥3h。
[0028]實施例3
[0029](I)取濃度為50mg.mL—1的二硫化鉬的分散液，溶劑為N-十二烷基吡咯烷酮。
[0030](2)將上述的二硫化鉬的分散液以4000rpm轉速離心45min，將離心后的上清液取出實驗使用。
[0031](3)取步驟(2)的混合液利用10mL的注射以恒定的流速注射到IL的結晶皿中，可在表面形成一層均勻的透明的二硫化鉬的薄膜。
[0032](4)用親水的玻璃棒插入到(3)中形成均勻透明的二硫化鉬的薄膜上，二硫化鉬的薄膜爬到玻璃棒的銅片上。
[0033](5)將(4)得到的透明薄膜放到烘箱中在60 °C下加熱干燥Ih，然后再在100 °C下干燥3h。
[0034]實施例4
[0035](I)取濃度為lmg.mL—1的石墨烯分散液，溶劑為環戊酮，并加入1% (重量)的十二烷基磺酸鈉。
[0036](2)將上述的石墨烯分散液以2000rpm轉速離心45min，將離心后的上清液取出實驗使用。
[0037](3)取步驟(2)的混合液利用10mL的注射以恒定的流速注射到IL的結晶皿中，可在表面形成一層均勻的透明的薄膜。
[0038](4)用干凈的玻璃片將均勻的透明的薄膜撈起，可得透明導電的石墨烯薄膜。
[0039](5)將(4)得到的透明薄膜放到烘箱中在60 °C下加熱干燥Ih，然后再在100 °C下干燥3h。
[0040]實施例5
[0041 ] (I)取濃度為50mg.mL—1的砸化鉬的分散液，溶劑為N-十二烷基吡咯烷酮。
[0042](2)將上述的砸化鉬的分散液以4000rpm轉速離心45min，將離心后的上清液取出實驗使用。
[0043](3)取步驟(2)的混合液利用10mL的注射以恒定的流速注射到IL的結晶皿中，可在表面形成一層均勻的透明的砸化鉬的薄膜。
[0044](4)用親水的玻璃棒插入到(3)中形成均勻透明的砸化鉬的薄膜上，砸化鉬的薄膜爬到玻璃棒的銅片上。
[0045](5)將(4)得到的透明薄膜放到烘箱中在60 °C下加熱干燥Ih，然后再在100 °C下干燥3h。
[0046]實施例6
[0047](I)取濃度為0.2mg/ml的化學還原石墨烯分散液，溶劑為水。
[0048](2)將上述石墨烯分散液在500rpm轉速離心30min，將離心后的上清液取出實驗使用。
[0049](3)取步驟(2)的混合液噴霧到酸性水溶液表面，可在酸性水溶液表面形成一層均勻的透明的石墨烯的薄膜。
[0050](4)用玻璃片將(3)中的均勻透明的石墨烯的薄膜撈起
[0051 ] (5)將(4)得到的透明薄膜放到烘箱中在60 °C下加熱干燥Ih，然后再在100 °C下干燥3h。
【主權項】
1.一種透明薄膜的制備方法，其特征在于，所述的方法包括 如下步驟:將碳納米管或二維材料形成分散液； 其中，所述分散液的濃度是0.01-20mg.mL-1，將所述分散液加入離心設備中進行離心處理，離心后獲取上浮液； 將所述上述分散液加入到恒定注射栗中，以一定的速度注射到水面上形成均勻的透明的薄膜;或者利用噴槍將分散液噴霧到水面上;將上述均勻的透明的薄膜在基底上形成透明的薄膜； 將上述的透明薄膜放到烘箱中在60 °C下加熱干燥Ih，然后再在100 0C下干燥3h。2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述的二維材料為石墨烯、二硫化鉬(MoS2)、硫化鎢(WS2)、砸化鉬(MoSe2)、碲化鉬(MoTe2)、砸化鉭(TaSe2 )、砸化鈮(NbSe)、碲化鎳(NiTe2)、氮化硼(BN)、碲化鉍(Bi2Te3)、黑磷、二砸化鎢(WSe2)、二碲化鎢(WTe2)、硫化鎵(GaS)、硫化鉿(HfSe2)、砸化銦(In2Se3)、硫錫鉛(PbSnS2)、砸化鉑(PtSe2)、硫化錸(ReS2)、硫化錫(SnS2)、砸化錫(SnSe2)、硫化鉭(TaS2)、硫化鈦(TiS2)、砸化鈦(TiSe2)、砸化釩(VSe2)中的一種或多種。3.根據權利要求2所述的方法，其特征在于，所述的石墨烯包括:化學還原的石墨烯、高溫還原的石墨烯、機械剝離的石墨烯、超聲剝離的石墨烯、電化學剝離的石墨烯、化學氣相沉積的石墨烯、小分子插層剝離的石墨烯、外延生長的石墨烯。4.根據權利要求1-3任一項所述的方法，其特征在于，所述的分散液中還包含分散劑，濃度為0_6wt%;所述的分散劑為十二烷基苯磺酸鈉、十二烷基磺酸鈉、對苯乙烯磺酸鈉、聚對苯乙烯磺酸鈉、聚乙烯吡咯烷酮、膽酸鈉、聚苯乙烯、十六烷基三甲基溴化銨、聚乙烯醇中的一種或多種。5.根據權利要求1或2所述的方法，其特征在于，進行所述離心處理時，所述離心設備的轉速為 500 ?10000rpm/min。6.根據權利要求1或2的方法，其特征在于，所述的分散液注射速度是5mL/h到100mL/h形成均勻透明的薄膜;所述噴霧方法使用氣體壓力將分散液彌散成霧狀沉積到水面上。7.根據權利要求1或2的方法，其特征在于，所述基底上形成透明的薄膜是利用基底撈起上述透明薄膜，或者是將打濕的親水的基底插入到上述水的表面上的薄膜，透明薄膜自動的爬到基底上形成均勻透明的薄膜。8.根據權利要求5所述的方法，其特征在于，所述的基底包括玻璃片、石英片、PET片、金屬片、玻璃棒、金屬棒。9.權利要求1-8任一項所述的方法制備的透明薄膜。10.一種透明薄膜，其特征在于，所述薄膜由碳納米管或二維材料形成。
【文檔編號】C01B31/04GK105858646SQ201610244164
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年4月19日
【發明人】王建鋒, 朱英, 騰超, 江雷
【申請人】北京航空航天大學