还原氧化石墨烯分散液及具有石墨烯涂层的器件的制备方法技术

本发明专利技术提出了还原氧化石墨烯分散液的制备方法，包括：将氧化石墨烯分散液与还原性水溶液进行还原反应，以便得到所述还原氧化石墨烯分散液，其中，所述还原性溶液包括：水合肼；以及羧基保护剂。利用本发明专利技术的制备方法所获得的还原氧化石墨烯在水溶液中呈均匀分散状态，易于实施喷涂等工艺，并且该方法工艺性能良好、普适性强、安全性高，适于规模化应用。

Preparation of Reduced Graphene Oxide Dispersion Solution and Devices with Graphene Coating

【技术实现步骤摘要】
还原氧化石墨烯分散液及具有石墨烯涂层的器件的制备方法
本专利技术涉及材料领域。具体地，本专利技术涉及还原氧化石墨烯分散液及具有石墨烯涂层的器件的制备方法。
技术介绍
石墨烯(Graphene)是一种单原子层的二维碳纳米材料，其中的碳原子以sp2杂化轨道组成六角蜂巢形的晶格。石墨烯具有优异的电子、热学和机械性能，已应用于多种核心电子器件的制备，而石墨烯器件的大规模应用仍需提高其工艺性能。石墨烯的制备方法有化学液相剥离法、化学气相沉积法、碳化硅外延生长法、化学自组装法、分子束外延法以及激光烧蚀法等。其中，使用化学液相剥离法可以大规模得到氧化石墨烯(GO)分散液，再将分散液通过喷涂等工艺制备成器件，是一种高效廉价的工艺技术。具体地，通过在石墨层间插入含氧官能团将石墨氧化，可以有效的剥离片层，使得单层的GO纳米片在静电斥力的作用下均匀地分散在溶剂中(水、乙醇或DMF等)，GO基本失去导电性，需要进行还原以恢复导电性。目前，现有技术中通常是将GO制备成器件之后再进行化学还原。然而，还原过程中所使用的条件比较严苛，比如500℃以上的高温或者使用具有强酸性的氢碘酸等，这将损害器件中的其他组件。因此，目前利用氧化石墨烯制备器件的方法仍有待研究。
技术实现思路
本专利技术旨在至少在一定程度上解决现有技术中存在的技术问题至少之一。需要说明的是，本专利技术是基于专利技术人的下列发现而完成的：专利技术人尝试先将氧化石墨烯进行还原，再实施喷涂。通常情况下，水相喷涂液的喷涂成本较低、易于实施，且不危害环境。但是，由于还原后的氧化石墨烯(简称还原氧化石墨烯，rGO)失去了含氧官能团，容易再次产生堆叠或者团聚，难于在水溶液中保持均一的分散状态，无法制成水相分散液，从而不适用于喷涂等液相处理工艺。有鉴于此，专利技术人通过对实施氧化石墨烯还原反应所采用的还原性溶液的组成进行研究分析，获得了一种还原氧化石墨烯分散液的制备方法，其通过将氧化石墨烯分散液在含有水合肼和羧基保护剂的还原性溶液中反应，使得到的rGO具有良好导电性且在水相中呈现均一的分散状态，不易产生堆叠或者团聚。由此，根据本专利技术实施例的还原氧化石墨烯分散液的制备方法所获得还原氧化石墨烯在水溶液中呈均匀分散状态，不易产生堆叠或者团聚，易于实施喷涂等工艺，并且该方法工艺性能良好、普适性强、安全性高，适于规模化应用。为此，在本专利技术的一个方面，本专利技术提出了一种还原氧化石墨烯分散液的制备方法。根据本专利技术的实施例，所述方法包括：将氧化石墨烯分散液与还原性水溶液进行还原反应，以便得到所述还原氧化石墨烯分散液，其中，所述还原性溶液包括：水合肼；以及羧基保护剂。专利技术人通过对实施氧化石墨烯还原反应所采用的还原性溶液的组成进行研究分析，发现采用水合肼作为还原剂，可以使得GO还原以恢复良好导电性。同时，在羧基保护剂的作用下保留rGO片层边缘的部分含氧官能团，在电荷的斥力作用下可以有效地避免产生堆叠或者团聚，便于后续喷涂等液相处理工艺的正常进行。由此，根据本专利技术实施例的还原氧化石墨烯分散液的制备方法所获得还原氧化石墨烯在水溶液中呈均匀分散状态，不易产生堆叠或者团聚，易于实施喷涂等工艺，并且该方法工艺性能良好、普适性强、安全性高，适于规模化应用。根据本专利技术的实施例，所述还原氧化石墨烯分散液的制备方法还可以具有下列附加技术特征：根据本专利技术的实施例，所述氧化石墨烯分散液的终浓度为0.1～1mg/mL。根据本专利技术的实施例，所述水合肼与氧化石墨烯的质量比为(0.3～1)：1。根据本专利技术的实施例，所述水合肼与羧基保护剂的摩尔比为1：(7～15)。根据本专利技术的实施例，所述羧基保护剂具有挥发性。根据本专利技术的实施例，所述羧基保护剂为含有氨基的化合物。根据本专利技术的实施例，所述羧基保护剂为氨水和/或铵盐。根据本专利技术的实施例，所述还原反应是在90～100℃下进行0.5～2小时。在本专利技术的另一方面，本专利技术提出了一种制备具有石墨烯涂层的器件的方法。根据本专利技术的实施例，所述方法包括：按照前面所述还原氧化石墨烯分散液的制备方法制备还原氧化石墨烯分散液；以及将所述还原氧化石墨烯分散液施加于器件的基底表面，干燥，形成石墨烯层，以便获得所述具有石墨烯涂层的器件。由此，根据本专利技术实施例制备具有石墨烯涂层的器件的方法操作简便、工艺性能良好、普适性强、安全性高，适于规模化应用。根据本专利技术的实施例，所述施加是采用喷涂方式进行的。本专利技术的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本专利技术的实践了解到。附图说明本专利技术的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：图1显示了根据本专利技术一个实施例的氧化石墨烯(GO)的Lerf-Klinowski模型示意图；图2显示了根据本专利技术一个实施例制备的还原氧化石墨烯(rGO)的Lerf-Klinowski模型示意图；图3显示了根据本专利技术一个实施例的制备具有石墨烯涂层的器件的流程示意图；图4显示了根据本专利技术一个实施例的氧化石墨烯分散液照片；图5显示了根据本专利技术一个实施例的还原氧化石墨烯分散液照片；以及图6显示了根据本专利技术另一个实施例的还原氧化石墨烯分散液照片。具体实施方式下面详细描述本专利技术的实施例。下面描述的实施例是示例性的，仅用于解释本专利技术，而不能理解为对本专利技术的限制。本专利技术提出了还原氧化石墨烯分散液和制备具有石墨烯涂层的器件的方法，下面将分别对其进行详细描述。还原氧化石墨烯分散液的制备方法在本专利技术的一个方面，本专利技术提出了一种还原氧化石墨烯分散液的制备方法。区别于目前常用的氧化石墨烯先在基材上成膜，再还原的技术，该方法先将氧化石墨烯与还原性溶液进行还原反应，获得还原后的氧化石墨烯水溶性分散液，再利用该分散液实施后续的成膜工艺。参见图1，氧化石墨烯片层中间具有羟基和醚基，片层的边缘具有丰富的羧基，这些带负电的官能团使得GO纳米片能够均匀的分散在水相中。还原反应所采用的还原性溶液中，以水合肼作为还原剂，可以使得GO还原以恢复良好导电性。同时，在羧基保护剂的作用下保留rGO片层边缘的部分羧基(参见图2)，在电荷的斥力作用下可以有效地避免产生堆叠或者团聚，在水相中呈现均一的分散状态，便于后续喷涂等液相处理工艺的正常进行。而且，水合肼可以在后续制备成石墨烯器件后，通过低温加热即可挥发，不影响器件的生产和应用。根据本专利技术的实施例，氧化石墨烯分散液的终浓度为0.1～1mg/mL。氧化石墨烯的浓度会影响还原反应程度以及羧基保护效果，当采用0.1～1mg/mL的浓度时，还原反应可以充分完全进行，氧化石墨烯片层边缘的部分羧基得以保留，从而避免产生堆叠或者团聚现象。需要说明的是，本专利技术所使用的术语“氧化石墨烯分散液的终浓度”是指氧化石墨烯分散液与还原性水溶液接触后(也即未发生还原反应之前)，氧化石墨烯分散液中的氧化石墨烯在混合液中的浓度。根据本专利技术的实施例，水合肼与氧化石墨烯的质量比为(0.3～1)：1。由此，可以保证还原反应充分完全地进行，从而获得导电性良好的还原氧化石墨烯。若水合肼的用量过多，容易将氧化石墨烯片层边缘所有或者绝大多数的含氧官能团去除，从而产生堆叠或者团聚现象。需要说明的是，本专利技术所描述的“氧化石墨烯的质量”是指氧化石墨烯分散液中氧化石墨烯的质量。根据本专利技术的实施例，水本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种还原氧化石墨烯分散液的制备方法，其特征在于，包括：将氧化石墨烯分散液与还原性水溶液进行还原反应，以便得到所述还原氧化石墨烯分散液，其中，所述还原性溶液包括：水合肼；以及羧基保护剂。

【技术特征摘要】
1.一种还原氧化石墨烯分散液的制备方法，其特征在于，包括：将氧化石墨烯分散液与还原性水溶液进行还原反应，以便得到所述还原氧化石墨烯分散液，其中，所述还原性溶液包括：水合肼；以及羧基保护剂。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述氧化石墨烯分散液的终浓度为0.1～1mg/mL。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述水合肼与氧化石墨烯的质量比为(0.3～1)：1。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述水合肼与羧基保护剂的摩尔比为1：(7～15)。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述羧基保护剂具有挥发性。6.根据权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱洪武，丁思奇，邬宇强，
申请(专利权)人：广东博智林机器人有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44