一种在树脂薄膜上直接制备电阻可控的石墨烯膜的方法与流程

1.本发明涉及一种在树脂薄膜上直接制备电阻可控的石墨烯膜的方法，属于材料制备及应用技术领域。


背景技术：

2.柔性全碳器件作为后硅器件，由于其柔软、重量轻、物理和化学性能优异，可广泛应用于电子皮肤、柔性电池、电子标签、生物传感、柔性显示等领域，因此备受关注。柔性器件的基板材料、晶体管沟道、电极及介电材料都需要具有柔性、透明、可拉伸、可弯曲等特点。石墨烯作为低维纳米碳材料的典型代表，具有优异的电学、力学、光学和热学性质，已成为柔性电子器件的理想构筑材料。
3.传统的柔性石墨烯导电膜的制备方法如下，首先通过化学气相沉积(cvd)在刚性衬底上生长石墨烯，然后通过光刻工艺对石墨烯进行图案化，并用酸液刻蚀刚性衬底，最后，石墨烯膜被转移到柔性衬底上。该方法工艺难度大且复杂，良品率低，因此，有必要开发一种简单的工艺，可以直接在柔性基板上形成具有可控电阻的石墨烯导电膜。


技术实现要素：

4.由于现有柔性石墨烯导电膜在石墨烯的转移、改性、图形化过程中，制备工艺复杂，精度要求高，从而导致过程可控性和产品合格率低，严重影响石墨烯在柔性器件领域应用的产业化进程。针对所存在的问题，本发明提供一种在树脂薄膜上直接制备电阻可控的石墨烯薄膜的方法，前期将石墨烯进行自组装成膜，然后在室温常压下采用激光进行特定区域高温复合加工操作，得到树酯/石墨烯复合层膜。该工艺实现了在较低能耗情况下有效提升石墨烯柔性导电膜的制备效率和良品率，并可通过激光条件的变化可调谐电阻值。
5.本发明的技术方案是：一种在树脂薄膜上直接制备电阻可控的石墨烯膜的方法，具体制备工艺步骤如下：
6.步骤一、将石墨烯粉体与去离子水和助剂混合制备成预处理分散液；
7.步骤二、采用凹印转移法将步骤一制备得到的预处理分散液涂布至预加热的树脂薄膜表面，待干燥后形成石墨烯涂层；
8.步骤三、采用准分子激光器对步骤二制备得到的石墨烯涂层进行高温复合加工操作，得到树脂与石墨烯复合层膜。
9.进一步的，步骤一中所述的石墨烯粉体片径为5～80μm。
10.进一步的，步骤一中所制备的预处理分散液固含量为0.5～3％。
11.进一步的，步骤二中所述的树脂薄膜材质为聚对苯二甲酸乙二醇酯(pet)或聚丙烯(pp)或聚乙烯(pe)中的一种。
12.进一步的，步骤二中所述的预加热的树脂薄膜，其加热温度为60～90℃；干燥后形成的石墨烯涂层，其厚度为5～50μm。
13.进一步的，步骤三中所述的高温复合加工操作中，采用的激光器波长为308nm，脉
冲能量为250～500mj。
14.本发明的有益效果是：使用所述方法制备的石墨烯柔性导电膜较传统工艺，所需能耗低，过程简单，产品合格率高，在非真空气氛下的电阻可控，有助于推动并实现大尺寸石墨烯柔性导电膜的规模化生产。
15.开发了一种简单工艺于室温常压下制备石墨烯柔性导电膜，通过激光工艺实现石墨烯与树脂复合材料制备而成柔性导电膜。该方法可用于实现全碳器件，如柔性传感器、能量转换器、储能器件、柔性显示等领域。
16.本发明方法通过对石墨烯片径、激光脉冲能量等参数控制，可有效调节复合材料在特定区域进行激光热处理过程中树脂与石墨烯熔融共混的配比，从而实现导电膜方阻的可控性和良好的力学性能。
具体实施方式
17.以下结合实施例对本发明进行详细说明，但本实施例不能用于限制本发明，凡是采用本发明的相似方法及其相似变化，均应列入本发明的保护范围。
18.实施例1
19.将片径为5μm石墨烯粉体与去离子水、助剂混合，制备成固含量为0.5％预处理分散液；采用凹印转移法将预处理分散液涂布至预加热到60℃的pet薄膜表面，待干燥后形成厚度为5μm的石墨烯涂层；设定准分子激光器波长为308nm，脉冲能量为250mj对石墨烯涂层进行高温复合加工操作，得到pet/石墨烯复合层膜。
20.实施例2
21.将片径为80μm石墨烯粉体与去离子水、助剂混合，制备成固含量为3％预处理分散液；采用凹印转移法将预处理分散液涂布至预加热到90℃的pet薄膜表面，待干燥后形成厚度为50μm的石墨烯涂层；设定准分子激光器波长为308nm，脉冲能量为500mj对石墨烯涂层进行高温复合加工操作，得到pp/石墨烯复合层膜。
22.实施例3
23.将片径为45μm石墨烯粉体与去离子水、助剂混合，制备成固含量为1％预处理分散液；采用凹印转移法将预处理分散液涂布至预加热到70℃的pet薄膜表面，待干燥后形成厚度为10μm的石墨烯涂层；设定准分子激光器波长为308nm，脉冲能量为500mj对石墨烯涂层进行高温复合加工操作，得到pe/石墨烯复合层膜。
24.综合上述实施例参数，并对所制备的石墨烯柔性导电膜进行性能测试，结果如下：
[0025][0026]
上述实施例结果表明，采用本发明方法通过对石墨烯片径、激光脉冲能量等参数控制，可有效调节复合材料在特定区域进行激光热处理过程中树脂与石墨烯熔融共混的配比，从而实现导电膜方阻的可控性和良好的力学性能。
[0027]
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。


技术特征：
1.一种在树脂薄膜上直接制备电阻可控的石墨烯膜的方法，其特征在于：具体制备工艺步骤如下：步骤一、将石墨烯粉体与去离子水和助剂混合制备成预处理分散液；步骤二、采用凹印转移法将步骤一制备得到的预处理分散液涂布至预加热的树脂薄膜表面，待干燥后形成石墨烯涂层；步骤三、采用准分子激光器对步骤二制备得到的石墨烯涂层进行高温复合加工操作，得到树脂与石墨烯复合层膜。2.根据权利要求1所述的一种在树脂薄膜上直接制备电阻可控的石墨烯膜的方法，其特征在于：步骤一中所述的石墨烯粉体片径为5～80μm。3.根据权利要求1所述的一种在树脂薄膜上直接制备电阻可控的石墨烯膜的方法，其特征在于：步骤一中所制备的预处理分散液固含量为0.5～3％。4.根据权利要求1所述的一种在树脂薄膜上直接制备电阻可控的石墨烯膜的方法，其特征在于：步骤二中所述的树脂薄膜材质为聚对苯二甲酸乙二醇酯或聚丙烯或聚乙烯中的一种。5.根据权利要求1所述的一种在树脂薄膜上直接制备电阻可控的石墨烯膜的方法，其特征在于：步骤二中所述的预加热的树脂薄膜，其加热温度为60～90℃；干燥后形成的石墨烯涂层，其厚度为5～50μm。6.根据权利要求1所述的一种在树脂薄膜上直接制备电阻可控的石墨烯膜的方法，其特征在于：步骤三中所述的高温复合加工操作中，采用的激光器波长为308nm，脉冲能量为250～500mj。

技术总结
本发明公开了一种在树脂薄膜上直接制备电阻可控的石墨烯膜的方法，具体制备工艺步骤如下：步骤一、将石墨烯粉体与去离子水和助剂混合制备成预处理分散液；步骤二、采用凹印转移法将步骤一制备得到的预处理分散液涂布至预加热的树脂薄膜表面，待干燥后形成石墨烯涂层；步骤三、采用准分子激光器对步骤二制备得到的石墨烯涂层进行特定区域高温复合加工操作，得到树脂与石墨烯复合层膜。该工艺实现了在较低能耗情况下有效提升石墨烯柔性导电膜的制备效率和良品率，并可通过激光条件的变化可调谐电阻值。可调谐电阻值。


技术研发人员：张燕萍 张逸瑾 赵志国
受保护的技术使用者：上海利物盛纳米科技有限公司
技术研发日：2023.06.09
技术公布日：2023/10/6