CN105329884A - 一种快速剥离氧化石墨烯抽滤膜并转移到衬底的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种快速剥离氧化石墨烯抽滤膜并转移到衬底的方法。该方法具体为：首先将氧化石墨烯加入水中，超声分散形成氧化石墨烯水分散液，然后将衬底置于抽滤瓶的砂芯上，搭好抽滤装置，接着将配好的氧化石墨烯分散液倒入抽滤装置，开始抽滤；然后将附着抽滤好的氧化石墨烯膜的衬底取出，放于有机溶剂中，使得氧化石墨烯膜迅速脱水成形，并从衬底上脱落下来；将光滑的衬底直接在有机溶剂中与漂浮的氧化石墨烯膜接触，就可以使得氧化石墨烯膜转移附着在衬底上。通过本发明的方法，可以完全不需要干燥时间，对于剥离厚膜来说时间大大缩短，同时也可以剥离薄膜，得到平整的氧化石墨烯膜，形状保持十分完好。

Description

一种快速剥离氧化石墨烯抽滤膜并转移到衬底的方法

技术领域

本发明涉及一种快速剥离氧化石墨烯抽滤膜并转移到衬底的方法。属于氧化石墨烯抽滤膜快速剥离和转移的技术领域。

背景技术

随着石墨烯的发现，其优异的电学性质、力学性质、热学性质和磁学性质引起了人们的广泛关注。作为石墨烯的重要衍生物，氧化石墨烯也受到越来越多的重视。氧化石墨烯作为一种性能优异的新型碳材料，具有蜂窝状二维结构，由于具有特殊的物理、化学性质，如较高的比表面积，较高孔隙率，含有丰富的含氧官能团，无毒环保等特点。氧化石墨烯以及其还原产物石墨烯在很多领域，如吸附(YubingSun,ShubinYang,YueChen,CongcongDing,WencaiCheng,XiangkeWang,Environ.Sci.Technol.2015,49,4255-4262)、污水净化(YiHan,ZhenXu,andChaoGao,Adv.Funct.Mater.2013,23,3693)、超级电容器(Li,Meng；Tang,Zhe,Leng,Mei,etal.Adv.Funct.Mater.2014,24,7495–7502)、燃料电池催化剂(Jia,Lingpu,Sun,Xiao,Jiang,Yimin,etal.Adv.Funct.Mater.2015,25,1814–1820)等多个领域受到了广泛的研究。如何制备平整的二维氧化石墨烯膜是现在人们不断探索的问题。制备氧化石墨烯膜的方法也层出不穷有LB法(LauraJ.Cote,FranklinKim,andJiaxingHuang.J.AM.Chem.Soc.2009,131,1043–1049)、旋涂法(Kymakis,Emmanuel；Savva,Kyriak,Stylianakis,MinasM,etal.Adv.Funct.Mater.2013,23,2742–2749)、喷涂法(Parviz,Dorsa,Metzler,ShaneD.,Das,Sriya,etal.small2015,11,No.22,2661–2668)等。真空抽滤由于其操作方便,且制得的膜较其他液态成膜法最为均匀平整，备受人们关注。然而抽滤法面临的最大问题就是如何从衬底上将氧化石墨烯膜剥落。如果氧化石墨烯膜太薄，则无法从衬底上剥落完整的膜；而如果膜足够厚，完全干燥氧化石墨烯也需要大量时间。有的实验中用丙酮等腐蚀性液体溶解衬底，而这样制得的膜形貌无法保持平整。所以为了完全利用抽滤氧化石墨烯膜的优势，并可以进一步还原得到平整的石墨烯薄膜，必须能够找到一种快速剥离氧化石墨烯膜的方法，从而转移到各种衬底实现进一步功能化的操作。

发明内容

技术问题：本发明提供一种快速剥离氧化石墨烯抽滤膜并转移到衬底的方法，可以实现将刚抽滤完的氧化石墨烯膜迅速脱水干燥并且从衬底上剥落并转移。

技术方案：本发明一种快速剥离氧化石墨烯抽滤膜并转移到衬底的方法，包括以下步骤：

首先将氧化石墨烯加入水中，超声分散形成氧化石墨烯水分散液，然后将衬底置于抽滤瓶的砂芯上，搭好抽滤装置，接着将配好的氧化石墨烯分散液倒入抽滤装置，开始抽滤；然后将附着抽滤好的氧化石墨烯膜的衬底取出，放于有机溶剂中，使得氧化石墨烯膜迅速脱水成形，并从衬底上脱落下来；将光滑的衬底(如硅片，玻璃，金属片等)直接在有机溶剂中与漂浮的氧化石墨烯膜接触，就可以使得氧化石墨烯膜转移附着在衬底上。

其中：

所述的有机溶剂是甲醇、乙醇、丙酮、四氢呋喃、DMF、DMA，DMSO、HMPA、丁砜、二氧六环、羟基丙酸、乙胺、乙二胺、乙二醇、甘油、乙二醇单甲/乙/丙醚、二甘醇二甲醚或1，3-二氧杂环戊烷中的一种。

所述氧化石墨烯水分散液中的氧化石墨烯含量为0.1ug/mi～100mg/ml。

所述的衬底是不与所述的有机溶剂反应的材料。

所述的衬底的材料是聚碳酸酯膜，氧化铝膜或聚偏氟乙烯膜。

转移的衬底是PET、PP、硅片、玻璃、聚四氟乙烯、PDMS或金属。

如果需要进一步还原得到氧化石墨烯膜，可以通过高温热还原、肼还原的方法得到。

本发明中，转移的衬底是硅片，玻璃，聚对苯二甲酸乙二醇酯膜，聚丙烯树脂膜，聚氯乙烯膜，聚四氟乙烯膜，聚胺基甲酸乙酯膜，聚碳酸树酯膜、丙烯晴—丁二烯—苯乙烯共聚合物膜、聚苯乙烯膜、聚乙烯醇膜或金属片平整的柔性或塑性衬底。

本发明是利用有机溶液和水能很好的互溶，通过使膜内层间的水分子快速流失从而干燥成形，且氧化石墨烯在水中分散性好而在有机溶剂中分散性不好，故产生斥力从衬底上脱离。由于膜的平整度较高，可以通过直接接触依附的方法将膜转移到同样平整的衬底上。

有益效果：本发明与现有技术相比，具有以下优点：

现有的资料中，没有一种可以快速剥离抽滤后的氧化石墨烯膜的方法。由于氧化石墨烯膜经过大压强抽滤，往往与衬底结合程度很强，不容易从衬底上剥落。大多数都会连衬底一起使用，这大大限制了氧化石墨烯膜的使用范围。现有的剥离方法有(1)通过增加氧化石墨烯膜厚度待干燥后剥离。这种方法只能得到厚度很厚的氧化石墨烯膜，而且由于要等到膜完全干燥才能剥离，增加厚度肯定会使得干燥时间增长；或者(2)用强腐蚀性溶液如丙酮将衬底溶解掉而得到单纯的氧化石墨烯膜。这种方法制得的膜会有一定的形变褶皱，不能充分体现抽滤膜平整的特点，且或多或少还会残留衬底的痕迹。而通过本发明的方法，可以完全不需要干燥时间，对于剥离厚膜来说时间大大缩短，同时也可以剥离薄膜，得到平整的氧化石墨烯膜，形状保持十分完好。且剥落的衬底可以循环使用，节约资源。而由于平整度高，可以轻松附着在平整的衬底上，接触十分良好。

附图说明

图1是氧化石墨烯含量为0.08mg，乙醇为凝固剂，衬底为聚碳酸酯膜剥落的膜。

图2是图1中的膜转移到PET柔性衬底上。

图3是图1样品的扫描电镜图。

图4氧化石墨烯含量为0.12mg，乙醇为凝固剂，衬底为聚碳酸酯膜剥落的膜的扫描电镜图。

图5是氧化石墨烯含量为0.3mg，乙醇为凝固剂，衬底为聚碳酸酯膜剥落的膜的扫描电镜图。

具体实施方式

下面通过实施例对本发明做进一步具体说明。

实施例1：

第一步，取1mg/ml的氧化石墨烯水分散液10ul，并加入100ml水中。

第二步，将0.4um孔径的聚碳酸酯衬底固定在抽滤装置中。

第三步，将氧化石墨烯分散液倒入抽滤瓶中开始抽滤。

第四步，抽滤完成后，将所得薄膜迅速放入乙醇溶液中,得到剥落的氧化石墨烯膜。

第五步，将漂浮在乙醇溶液中的氧化石墨烯膜和硅衬底结合。

实施例2：

调控方法基本同实施例1，不同之处为：取1mg/ml的氧化石墨烯水分散液4ml，并加入100ml水中。

实施例3：

调控方法基本同实施例1，不同之处为：取1mg/ml的氧化石墨烯水分散液10ml，并加入100ml水中。

实施例4：调控方法基本同实施例1，不同之处为：取1mg/ml的氧化石墨烯水分散液100ml，并加入100ml水中。

实施例5：

调控方法基本同实施例2，不同之处为：衬底改为聚偏氟乙烯膜，孔径为0.22um。

实施例6：调控方法基本同实施例3，不同之处为：衬底改为聚四氟乙烯，孔径为0.22um。

实施例7：调控方法基本同实施例3，不同之处为：聚四氟乙烯孔径为045um。

实施例8：

调控方法基本同实施例1，不同之处为：有机溶液为甲醇。

实施例9：调控方法基本同实施例1，不同之处为：取1mg/ml的氧化石墨烯水分散液6ml,有机溶液为乙二醇。

实施例10：调控方法基本同实施例9，不同之处为：有机溶液为异丙醇。

实施例11：调控方法基本同实施例9，不同之处为：取1mg/ml的氧化石墨烯水分散液12ml,有机溶液为甘油。

实施例12：调控方法基本同实施例11，不同之处为：有机溶液为乙二胺。

实施例13：调控方法基本同实施例12，不同之处为：不同之处为：取1mg/ml的氧化石墨烯水分散液15ml,有机溶液为四氢呋喃。

实施例14：调控方法基本同实施例13，不同之处为：取1mg/ml的氧化石墨烯水分散液20ml,抽滤衬底为聚偏氟乙烯膜，孔径0.45um,有机溶液为丙醚。

实施例15：调控方法基本同实施例14，不同之处为：有机溶液为异丙醇。

实施例16：调控方法基本同实施例15，不同之处为：取1mg/ml的氧化石墨烯水分散液30ml,有机溶液为二甲基甲酰胺。

实施例17：调控方法基本同实施例16，不同之处为：抽滤衬底为聚四氟乙烯膜，孔径0.45um，有机溶液为N,N-二甲基苯胺。

实施例18：调控方法基本同实施例17，不同之处为：有机溶液为二甲基亚砜。

实施例19：调控方法基本同实施例18，不同之处为：取1mg/ml的氧化石墨烯水分散液35ml，有机溶液为六甲基磷酰三胺。

实施例20：调控方法基本同实施例19，不同之处为：有机溶液为丁砜。

实施例21：调控方法基本同实施例20，不同之处为：取1mg/ml的氧化石墨烯水分散液40ml，有机溶液为二氧六环。

实施例22：调控方法基本同实施例21，不同之处为：抽滤衬底为氧化铝滤膜，孔径0.22um有机溶液为羟基丙酸。

实施例23：调控方法基本同实施例22，不同之处为：有机溶液为乙胺。

实施例24：调控方法基本同实施例23，不同之处为：取1mg/ml的氧化石墨烯水分散液45ml，有机溶液为二甘醇二甲醚。

实施例25：调控方法基本同实施例24，不同之处为：取1mg/ml的氧化石墨烯水分散液50ml，有机溶液为1，3-二氧杂环戊烷。

实施例26：调控方法基本同实施例25，不同之处为：转移衬底为PET。

实施例27：调控方法基本同实施例26，不同之处为：取1mg/ml的氧化石墨烯水分散液55ml，转移衬底为铜片。

实施例28：调控方法基本同实施例27，不同之处为：转移衬底为铝片。

实施例29：调控方法基本同实施例28，不同之处为：取1mg/ml的氧化石墨烯水分散液60ml，转移衬底为聚四氟乙烯板。

实施例30：调控方法基本同实施例29，不同之处为：转移衬底为聚四氟乙烯板。

实施例31：调控方法基本同实施例30，不同之处为：取1mg/ml的氧化石墨烯水分散液65ml，转移衬底为石英玻璃片。

实施例32：调控方法基本同实施例31，不同之处为：转移衬底为聚四氟乙烯板。

实施例33：调控方法基本同实施例32，不同之处为：取1mg/ml的氧化石墨烯水分散液65ml，转移衬底为聚对苯二甲酸乙二醇酯膜。

实施例34：调控方法基本同实施例33，不同之处为：转移衬底为聚丙烯树脂膜。

实施例35：调控方法基本同实施例34，不同之处为：取1mg/ml的氧化石墨烯水分散液70ml，转移衬底为聚氯乙烯膜。

实施例36：调控方法基本同实施例35，不同之处为：转移衬底为聚胺基甲酸乙酯膜。

实施例37：调控方法基本同实施36，不同之处为：取1mg/ml的氧化石墨烯水分散液75ml，转移衬底为聚碳酸树酯膜。

实施例38：调控方法基本同实施例37，不同之处为：取1mg/ml的氧化石墨烯水分散液80ml，转移衬底为丙烯晴—丁二烯—苯乙烯共聚合物膜。

实施例39：调控方法基本同实施例38，不同之处为：取1mg/ml的氧化石墨烯水分散液85ml，转移衬底为聚苯乙烯膜。

实施例40：调控方法基本同实施例39，不同之处为：取1mg/ml的氧化石墨烯水分散液90ml，转移衬底为聚乙烯醇膜。

Claims (6)

1.一种快速剥离氧化石墨烯抽滤膜并转移到衬底的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

首先将氧化石墨烯加入水中，超声分散形成氧化石墨烯水分散液，然后将衬底置于抽滤瓶的砂芯上，搭好抽滤装置，接着将配好的氧化石墨烯分散液倒入抽滤装置，开始抽滤；然后将附着抽滤好的氧化石墨烯膜的衬底取出，放于有机溶剂中，使得氧化石墨烯膜迅速脱水成形，并从衬底上脱落下来；将光滑的衬底直接在有机溶剂中与漂浮的氧化石墨烯膜接触，就可以使得氧化石墨烯膜转移附着在衬底上。

2.根据权利要求1所述的一种快速剥离氧化石墨烯抽滤膜并转移到衬底的方法，其特征在于，所述的有机溶剂是甲醇、乙醇、丙酮、四氢呋喃、DMF、DMA，DMSO、HMPA、丁砜、二氧六环、羟基丙酸、乙胺、乙二胺、乙二醇、甘油、乙二醇单甲/乙/丙醚、二甘醇二甲醚或1，3-二氧杂环戊烷中的一种。

3.根据权利要求1所述的一种快速剥离氧化石墨烯抽滤膜并转移到衬底的方法，其特征在于，所述氧化石墨烯水分散液中的氧化石墨烯浓度为0.1ug/ml～100mg/ml。

4.根据权利要求1所述的一种快速剥离氧化石墨烯抽滤膜并转移到衬底的方法，其特征在于，所述的衬底是不与所述的有机溶剂反应的材料。

5.根据权利要求1或4所述的一种快速剥离氧化石墨烯抽滤膜并转移到衬底的方法，其特征在于，所述的衬底的材料是聚碳酸酯膜，氧化铝膜或聚偏氟乙烯膜。

6.根据权利要求1所述的一种快速剥离氧化石墨烯抽滤膜并转移到衬底的方法，其特征在于，转移的衬底是硅片，玻璃，聚对苯二甲酸乙二醇酯膜，聚丙烯树脂膜，聚氯乙烯膜，聚四氟乙烯膜，聚胺基甲酸乙酯膜，聚碳酸树酯膜、丙烯晴—丁二烯—苯乙烯共聚合物膜、聚苯乙烯膜、聚乙烯醇膜或金属片的平整的柔性或塑性衬底。