1.本發(fā)明屬于石墨烯技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種導石墨烯材料的制備方法。

背景技術(shù)：

2.自2014年發(fā)現(xiàn)激光誘導石墨烯(lig)以來，研究人員從激光參數(shù)、前體材料以及氣體氛圍等多方面入手，詳細闡述了lig的合成機制，并有效提高了lig的質(zhì)量，實現(xiàn)了對lig的形態(tài)、性能多方面的有效調(diào)控。lig表現(xiàn)出來優(yōu)異的電學、力學、化學、熱學等優(yōu)異性質(zhì)引起了人們極大的興趣?；趌ig的各類柔性器件，包括物理、電化學、生物等傳感器以及電池、超級微型電容器、摩擦納米發(fā)電機等儲能器件，在人體運動、環(huán)境監(jiān)測、醫(yī)療健康以及能源儲備方面得到了廣泛應用。當前l(fā)ig的制造大多使用傳統(tǒng)的聚酰亞胺薄膜，所制備出的lig電導率與金屬導線之間存在不小的差距，難以用于大規(guī)模柔性器件或電路互聯(lián)。

3.提高lig導電性的常規(guī)方法是在lig表面涂敷導電材料，或使用蒸鍍或電化學鍍在lig表面鍍上薄層金屬。在表面涂敷導電材料的方法面臨表面層與lig粘附性差，涂敷的表面層容易被破壞的問題。蒸鍍或電化學鍍的方法能夠把金屬顆粒結(jié)合在lig的多孔內(nèi)壁上，但需要額外的步驟，提高了lig的制作成本和復雜度。因此需要一種簡單且穩(wěn)定性好的方法來提高lig導電性。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

4.本發(fā)明的目的是提供一種用于制備高電導率激光誘導石墨烯材料的方法，以提高激光誘導石墨烯材料的導電性。

5.為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

6.一種用于制備高電導率激光誘導石墨烯材料的方法，包括以下步驟：

7.(1)將高電導率材料摻入聚酰亞胺熱塑液中形成混合溶液，將混合溶液涂覆在氧化硅基片上，經(jīng)過熱處理固化后得到復合薄膜；

8.(2)使用激光照射步驟(1)制得的復合薄膜，得到高電導率激光誘導石墨烯材料。

9.所述步驟(1)中，高電導率材料為銀納米線溶液、純氧化銦粉末、純氧化銦錫粉末的至少一種。

10.所述聚酰亞胺熱塑液的固含量為20％。

11.所述銀納米線溶液中，溶劑為乙醇，銀納米線溶液濃度為5mg/ml，銀納米線長度為20μm，直徑為30nm；氧化銦粉末顆粒粒徑為50nm；氧化銦錫粉末顆粒粒徑為30nm。

12.所述聚酰亞胺熱塑液和銀納米線溶液的質(zhì)量比為1：0.5-5；聚酰亞胺熱塑液和氧化銦粉末的質(zhì)量比為5：1；聚酰亞胺熱塑液和氧化銦錫粉末的質(zhì)量比為5：1。

13.所述步驟(1)中，混合溶液置于真空腔體中，抽取真空至10-1

pa以下，靜置1h，去除氣泡后，使用勻膠機均勻涂覆在潔凈的氧化硅襯底上。

14.所述步驟(1)中，在大氣環(huán)境中利用加熱臺進行熱處理固化，熱處理固化過程為：以1-3℃/min的升溫速率升溫到100℃，并保持30-40min；以1-3℃/min的升溫速率升溫到

150℃，并保持40-60min；以1-3℃/min的升溫速率升溫到170℃，視厚度保持1-2h。

15.所述步驟(1)中，復合薄膜的厚度控制在50-500μm。

16.所述步驟(2)中，通過nd:yag激光器直接在空氣中刻蝕復合薄膜。

17.所述nd:yag激光器的參數(shù)設(shè)置為：激光波長為330nm；激光脈沖頻率為150khz；激光器q參數(shù)為0.2-2；激光掃描速度為1mm/s-120mm/s。

18.有益效果：本發(fā)明通過激光器作用在聚酰亞胺復合薄膜上生成激光誘導石墨烯，所摻入的高電導率材料會在聚酰亞胺轉(zhuǎn)化為激光誘導石墨烯的過程中跟隨嵌入激光誘導石墨烯材料中，從而使得所制的激光誘導石墨烯的電導率以及同高電導率材料之間的粘附性得到大幅度改善。相比于現(xiàn)有技術(shù)，具有以下優(yōu)點：(1)本發(fā)明利用銀納米線、氧化銦和氧化銦錫直接摻入聚酰亞胺薄膜，相比同激光功率下在未摻雜的聚酰亞胺薄膜上形成的激光誘導石墨烯，其電導率提高了約400％，可直接用于電路互聯(lián)；(2)高導電性材料能夠在激光誘導生成石墨烯的過程中原位嵌入激光誘導石墨烯的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，具有優(yōu)異的穩(wěn)定性；(3)激光誘導石墨烯的導電性可以通過在復合薄膜中摻雜不同含量的高導電材料得以控制。

附圖說明

19.圖1為本發(fā)明的流程步驟示意圖；

20.圖2為氧化硅基底上的聚酰亞胺和銀納米線形成的復合薄膜；

21.圖3為聚酰亞胺和銀納米線復合薄膜的光學顯微鏡圖片；

22.圖4為在聚酰亞胺和銀納米線復合薄膜上形成的激光誘導石墨烯圖片；

23.圖5為聚酰亞胺和氧化銦復合薄膜上形成的激光誘導石墨烯的拉曼表征結(jié)果。

具體實施方式

24.下面結(jié)合實施例對本發(fā)明做更進一步的解釋。

25.如圖1所示，本發(fā)明的一種用于制備高電導率激光誘導石墨烯材料的方法，包括以下步驟：

26.(1)將高電導率材料摻入聚酰亞胺熱塑液中形成混合溶液，混合溶液置于真空腔體中，抽取真空至10-1

pa以下，靜置1h，去除氣泡后，使用勻膠機均勻涂覆在潔凈的氧化硅襯底上，在大氣環(huán)境中利用加熱臺進行熱處理固化得到復合薄膜，熱處理固化過程為：以1-3℃/min的升溫速率升溫到100℃，并保持30-40min；以1-3℃/min的升溫速率升溫到150℃，并保持40-60min；以1-3℃/min的升溫速率升溫到170℃，視厚度保持1-2h；復合薄膜的厚度控制在50-500μm；

27.其中，高電導率材料為銀納米線溶液、純氧化銦粉末、純氧化銦錫粉末的至少一種；聚酰亞胺熱塑液的固含量為20％；銀納米線溶液中，溶劑為乙醇，銀納米線溶液濃度為5mg/ml，銀納米線長度為20μm，直徑為30nm；氧化銦粉末顆粒粒徑為50nm；氧化銦錫粉末顆粒粒徑為30nm；聚酰亞胺熱塑液和銀納米線溶液的質(zhì)量比為1：0.5-5；聚酰亞胺熱塑液和氧化銦粉末的質(zhì)量比為5：1；聚酰亞胺熱塑液和氧化銦錫粉末的質(zhì)量比為5：1；

28.(2)使用通過nd:yag激光器直接在空氣中刻蝕步驟(1)制得的復合薄膜，，得到高電導率激光誘導石墨烯材料。

29.其中，nd:yag激光器的功率由激光波長、激光脈沖頻率、激光器q參數(shù)、激光掃描速

度等多個因素共同決定，激光器的掃描路徑通過計算機輔助設(shè)計(cdr)軟件控制。nd:yag激光器的參數(shù)設(shè)置為：激光波長為330nm；激光脈沖頻率為150khz；激光器q參數(shù)為0.2-2；激光掃描速度為1mm/s-120mm/s。

30.下面結(jié)合實施例對本發(fā)明做進一步說明。

31.實施例1：

32.取6英寸氧化硅硅片作為襯底，使用酒精、去離子水清洗，并用氮氣干燥硅片表面。

33.將聚酰亞胺熱塑液與銀納米線溶液按有效質(zhì)量比1：2混合，真空去除氣泡后以1000r/min的速度旋涂在氧化硅襯底上。

34.大氣環(huán)境下加熱處理，具體步驟為：(1)以2℃/min的升溫速率升溫到100℃，并保持30min；(2)以2℃/min的升溫速率升溫到150℃，并保持40min；(3)以2℃/min的升溫速率升溫到170℃，厚度保持1.5h；(4)冷卻后得到表面光滑、無氣泡和褶皺的聚酰亞胺和銀納米線復合薄膜，如圖2。

35.將復合薄膜放至光學顯微鏡下觀察薄膜的表面形貌，由圖3可以看出，復合薄膜混合均勻，未觀察到銀納米線大量團簇或聚集。

36.使用計算機輔助設(shè)計(cdr)設(shè)計出尺寸為2

×

10mm2的圖案，將nd：yag激光器的激光參數(shù)設(shè)置為：激光波長為330nm；激光脈沖頻率為150khz；激光器q參數(shù)為0.2；激光掃描速度為10mm/s。使用該激光器照射復合薄膜，在復合薄膜上形成5個尺寸為2

×

10mm2的激光誘導石墨烯，每個激光誘導石墨烯的結(jié)構(gòu)如圖4所示。

37.使用數(shù)字萬用表vc890c+分別測量激光誘導石墨烯電阻后取均值，電阻均值為23.56ω。

38.對比例1-1：

39.同實施例1，區(qū)別在于：聚酰亞胺熱塑液與銀納米線溶液的有效質(zhì)量比改為1：1。

40.使用數(shù)字萬用表vc890c+測量5個尺寸為2

×

10mm2的激光誘導石墨烯電阻，電阻均值為30.25ω。由于復合薄膜內(nèi)銀納米線含量降低，導致相同激光參數(shù)下生成的激光誘導石墨烯阻值下降。

41.對比例1-2：

42.同實施例1，區(qū)別在于：只使用聚酰亞胺熱塑液，不摻入任何其他材料。

43.使用數(shù)字萬用表vc890c+測量5個尺寸為2

×

10mm2的激光誘導石墨烯電阻，電阻均值為79.86ω。聚酰亞胺薄膜內(nèi)未摻雜任何高電導率材料，與聚酰亞胺和銀納米線溶液有效質(zhì)量比為1：2形成的復合薄膜相比，相同激光參數(shù)下生成的激光誘導石墨烯電阻值約是復合薄膜上形成的激光誘導石墨烯的4倍。

44.實施例2：

45.同實施例1，區(qū)別在于：將摻雜材料替換為氧化銦粉末，聚酰亞胺熱塑液與氧化銦粉末的有效質(zhì)量比為5：1。

46.使用數(shù)字萬用表vc890c+測量5個尺寸為2

×

10mm2的激光誘導石墨烯電阻，電阻均值為22.47ω。

47.對聚酰亞胺和氧化銦復合薄膜上形成的激光誘導石墨烯做拉曼光譜分析，分別觀察到位于1344cm-1

的d峰、1577cm-1

的g峰和2694cm-1

的2d峰，以及位于127、300、486和613cm-1

的立方相氧化銦特征拉曼峰，如圖5，證實了激光誘導石墨烯內(nèi)部氧化銦的存在。

48.以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應當指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發(fā)明的保護范圍。技術(shù)特征：

1.一種用于制備高電導率激光誘導石墨烯材料的方法，其特征在于：包括以下步驟：(1)將高電導率材料摻入聚酰亞胺熱塑液中形成混合溶液，將混合溶液涂覆在氧化硅基片上，經(jīng)過熱處理固化后得到復合薄膜；(2)使用激光照射步驟(1)制得的復合薄膜，得到高電導率激光誘導石墨烯材料。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于制備高電導率激光誘導石墨烯材料的方法，其特征在于：所述步驟(1)中，高電導率材料為銀納米線溶液、純氧化銦粉末、純氧化銦錫粉末的至少一種。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于制備高電導率激光誘導石墨烯材料的方法，其特征在于：所述聚酰亞胺熱塑液的固含量為20％。4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于制備高電導率激光誘導石墨烯材料的方法，其特征在于：所述銀納米線溶液中，溶劑為乙醇，銀納米線溶液濃度為5mg/ml，銀納米線長度為20μm，直徑為30nm；氧化銦粉末顆粒粒徑為50nm；氧化銦錫粉末顆粒粒徑為30nm。5.根據(jù)權(quán)利要求2至4任一所述的用于制備高電導率激光誘導石墨烯材料的方法，其特征在于：所述聚酰亞胺熱塑液和銀納米線溶液的質(zhì)量比為1：0.5-5；聚酰亞胺熱塑液和氧化銦粉末的質(zhì)量比為5：1；聚酰亞胺熱塑液和氧化銦錫粉末的質(zhì)量比為5：1。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于制備高電導率激光誘導石墨烯材料的方法，其特征在于：所述步驟(1)中，混合溶液置于真空腔體中，抽取真空至10-1

pa以下，靜置1h，去除氣泡后，使用勻膠機均勻涂覆在潔凈的氧化硅襯底上。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于制備高電導率激光誘導石墨烯材料的方法，其特征在于：所述步驟(1)中，在大氣環(huán)境中利用加熱臺進行熱處理固化，熱處理固化過程為：以1-3℃/min的升溫速率升溫到100℃，并保持30-40min；以1-3℃/min的升溫速率升溫到150℃，并保持40-60min；以1-3℃/min的升溫速率升溫到170℃，視厚度保持1-2h。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于制備高電導率激光誘導石墨烯材料的方法，其特征在于：所述步驟(1)中，復合薄膜的厚度控制在50-500μm。9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于制備高電導率激光誘導石墨烯材料的方法，其特征在于：所述步驟(2)中，通過nd:yag激光器直接在空氣中刻蝕復合薄膜。10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于制備高電導率激光誘導石墨烯材料的方法，其特征在于：所述nd:yag激光器的參數(shù)設(shè)置為：激光波長為330nm；激光脈沖頻率為150khz；激光器q參數(shù)為0.2-2；激光掃描速度為1mm/s-120mm/s。

技術(shù)總結(jié)

本發(fā)明公開了一種用于制備高電導率激光誘導石墨烯材料的方法，包括以下步驟：(1)將高電導率材料摻入聚酰亞胺熱塑液中形成混合溶液，將混合溶液涂覆在氧化硅基片上，經(jīng)過熱處理固化后得到復合薄膜；(2)使用激光照射步驟(1)制得的復合薄膜，得到高電導率激光誘導石墨烯材料。本發(fā)明通過激光器作用在聚酰亞胺復合薄膜上生成激光誘導石墨烯，所摻入的高電導率材料會在聚酰亞胺轉(zhuǎn)化為激光誘導石墨烯的過程中跟隨嵌入激光誘導石墨烯材料中，從而使得所制的激光誘導石墨烯的電導率以及激光誘導石墨烯同高電導率材料之間的粘附性得到大幅度改善。幅度改善。幅度改善。

技術(shù)研發(fā)人員：萬昌錦 徐明濤 龍昊天 萬青

受保護的技術(shù)使用者：南京大學

技術(shù)研發(fā)日：2022.12.20

技術(shù)公布日：2023/4/25