一种石墨烯玻璃及其制备方法技术

本发明专利技术属于材料表面功能化领域，具体涉及一种石墨烯玻璃及其制备方法。包括如下步骤：1)在玻璃基底上提供碳前驱体膜；2)将所述玻璃基底以碳前驱体膜与石墨板紧密贴合的形式层叠以形成乏氧界面；在大气环境下利用电磁感应使至少一部分所述碳前驱体膜的温度在1us～10s升高至550

【技术实现步骤摘要】
Traditional Glass:Methods and Mechanisms.Advanced Materials 2019,31(9).
[0007]2.Liu,B.；Wang,H.；Gu,W.,et al.Oxygen
‑
assisted direct growth of large
‑
domain and high
‑
quality graphene on glass targeting advanced optical filter applications.Nano Res.2021,14(1).
[0008]3.Shan,J.；Cui,L.；Zhou,F.,et al.Ethanol
‑
Precursor
‑
Mediated Growth and Thermochromic Applications of Highly Conductive Vertically Oriented Graphene on Soda
‑
Lime Glass.Acs Applied Materials&Interfaces 2020,12(10).
[0009]4.Xiong,W.；Zhou,Y S.；Hou,W J.,et al.Direct writing of graphene patterns on insulating substrates under ambient conditions.Scientific Reports,2014,4.
[0010]5.Huang,Y.；Sepioni,M.；Whitehead,D.,et al.Rapid growth of large area graphene on glass from olive oil by laser irradiation.Nanotechnology,2020,31(24).

技术实现思路

[0011]大尺寸石墨烯玻璃制备主要存在两方面问题：1.石墨烯生长时间过长，一般需要几个小时到十几个小时，生产效率低，能源消耗量大；2.质量均一的石墨烯玻璃的尺寸受限，因为CVD生长方法从原理上限制了石墨烯的宏观均匀性，从而限制了质量均一的石墨烯玻璃的尺寸。这两方面的不足严重影响了石墨烯玻璃未来的产业化应用。
[0012]针对当前石墨烯玻璃存在制备时间长、能耗高、无法大面积生长的缺点，本专利技术的目的是提出一种石墨烯玻璃及其制备方法，利用该制备方法可在玻璃材料表面实现大尺寸、石墨烯薄膜的超快制备。
[0013]为实现上述目的，本专利技术首先提供了一种石墨烯玻璃的制备方法，包括如下步骤：
[0014]1)在玻璃基底上提供碳前驱体膜；
[0015]2)将所述玻璃基底以碳前驱体膜与石墨板紧密贴合的形式层叠以形成乏氧界面；在大气环境下利用电磁感应使至少一部分所述碳前驱体膜的温度在1us～10s升高至550
‑
1500℃，从而将至少一部分所述碳前驱体膜转化为附着于玻璃基底表面的石墨烯。
[0016]与传统的真空蒸镀镀碳等方法相比，本专利技术提供的制备方法，将玻璃基底上的碳前驱体膜与石墨板之间紧密贴合保证了碳前驱体膜良好的乏氧环境，从而可在大气环境下利用电磁感应所激发的涡流直接加热玻璃基底，在极短的时间内升温至550
‑
1500℃，完成在玻璃基底表面的直接生长大面积连续的石墨烯薄膜。进一步的，可通过与电磁感应的电磁感应线圈、三维移动平移台相结合，突破对玻璃基底横向、纵向尺寸的限制，满足市场对大尺寸石墨烯玻璃的要求。同时，采用石墨板具有耐高温、平整、不参与碳化反应的优点。
[0017]本专利技术中玻璃的尺寸不作特定限定，可以为50mm*50mm、100mm*100mm、400mm*400mm、1000mm*1000mm以及市场所需的更大尺寸。
[0018]在一种优选的实施方式中，所述步骤1)具体为：
[0019]A、将玻璃基底放入食人鱼溶液中浸泡，然后用去离子水洗至中性；
[0020]B、在步骤A处理后的玻璃基底上提供包括可聚合的含碳化合物的层，使该含碳化合物聚合并干燥以由此形成碳前驱体膜。
[0021]首先，用食人鱼溶液浸泡玻璃基底，目的是除去杂质的同时使玻璃表面进行亲水性处理，有利于后续含碳化合物均匀成膜。然后利用溶液中含碳小分子在预处理玻璃表面的聚合、自组装沉积形成致密均匀的含碳前驱物薄膜，该致密均匀的薄膜与石墨板紧密接触的界面提供了一个乏氧环境，保证后续淬火后在玻璃表面形成大面积连续的石墨烯薄膜，大幅提高了石墨烯玻璃的导电性和透光率，实现了在显示技术和功能膜材等领域的应用。
[0022]作为优选，在步骤A中，在将玻璃基底放入食人鱼溶液中浸泡前，将所述玻璃基底材料清洁以去除表面杂质。例如可以使用洁净剂清洗，用去离子水、乙醇超声等。
[0023]作为优选，在步骤A中，将玻璃基底放入所述食人鱼溶液中，70～90℃下浸泡4～6h。
[0024]作为优选，在步骤B中，所述碳前驱体膜的材质选自聚多巴胺、聚苯乙烯(PS)、聚丙烯(PP)、聚乙烯(PP)、聚氯乙烯(PVC)、聚酰胺、醋酸纤维素、聚醚砜中的至少一种。
[0025]作为优选，所述可聚合的含碳化合物为多巴胺盐酸盐，所述多巴胺盐酸盐以多巴胺盐酸盐与Tris
‑
HCl缓冲溶液的共混液形式在玻璃基底上形成层。本专利技术发现，用食人鱼溶液浸泡玻璃基底后，采用多巴胺盐酸盐与Tris
‑
HCl缓冲溶液共混液镀膜并进一步碳化形成的石墨烯薄膜具有优异的导电性(面电阻低至4.3kΩ
·
sq
‑1)和透光率(透光性可达87％)，以及具有优异的表面疏水性能(接触角为87
°
)。
[0026]更优选的，所述多巴胺盐酸盐在共混液中的浓度为0.5～5mg
·
mL
‑1；所述Tris
‑
HCl缓冲溶液的pH为8.5。
[0027]作为优选，所述玻璃基底为柔性玻璃基底；更优选所述柔性玻璃基底的厚度为30
‑
80um。本专利技术的专利技术人意外发现，采用本专利技术的制备方法，可以制备得到性能优异的柔性石墨烯玻璃。如果直接在柔性玻璃基底表面涂覆碳源前驱体聚合物，则存在石墨烯薄膜厚度不均、玻璃表面石墨烯薄膜质量差等弊端，如果采用常规的加热碳化方法，则由于热处理时间过长，存在容易损坏柔性玻璃的弊端。
[0028]在另一种优选的实施方式中，所述步骤1)具体为：在玻璃基底上提供包括液态油的层以由此形成碳前驱体膜。
[0029]本专利技术发现，采用液态油为碳前驱体原料，其可形成连续的油膜，该油膜与石墨板之间具有良好的乏氧环境，以更好的保证大气中的石墨烯高温生长过程中石墨烯不会被氧化。
[0030]在一种优选的实施方式中，所述步骤2)具体为：将所述玻璃基底以碳前驱体膜与石墨烯板本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种石墨烯玻璃的制备方法，其特征在于，其包括如下步骤：1)在玻璃基底上提供碳前驱体膜；2)将所述玻璃基底以碳前驱体膜与石墨板紧密贴合的形式层叠以形成乏氧界面；在大气环境下利用电磁感应使至少一部分所述碳前驱体膜的温度在1us～10s升高至550
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1500℃，从而将至少一部分所述碳前驱体膜转化为附着于玻璃基底表面的石墨烯。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤1)具体为：A、将玻璃基底放入食人鱼溶液中浸泡，然后用去离子水洗至中性；B、在步骤A处理后的玻璃基底上提供包括可聚合的含碳化合物的层，使该含碳化合物聚合并干燥以由此形成碳前驱体膜。3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，在步骤A中，将玻璃基底放入所述食人鱼溶液中，70～90℃下浸泡4～6h。4.根据权利要求2或3所述的制备方法，其特征在于，在步骤B中，所述碳前驱体膜的材质选自聚多巴胺、聚苯乙烯、聚丙烯、聚乙烯、聚氯乙烯、聚酰胺、醋酸纤维素、聚醚砜中的至少一种。5.根据权利要求2或3所述的制备方法，其特征在于，所述可聚合的含碳化合物为多巴胺盐酸盐，所述多巴胺盐酸盐以多巴胺盐酸盐与Tris
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HCl缓冲溶液的共混液形式在玻璃基底上形成层。6.根据权利要求5所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐建勋，赵宇亮，王嘉豪，卢明明，
申请(专利权)人：国家纳米科学中心，
类型：发明
国别省市：