水性石墨烯浆料扫描电镜前处理制样方法

技术领域

本发明属于扫描电镜测试技术领域，具体为水性石墨烯浆料扫描电镜前处理制样方法。

背景技术

石墨烯是一种有超优导电性和导热性的新型材料，在现有国标中没有对石墨烯作出单独的测试国标，只有对术语进行说明。通常情况下，在对石墨烯进行扫描电镜(SEM)测试之前，通过将石墨烯和溶剂搅拌并通过机械剥离制成石墨烯导电浆料，然后将石墨烯导电浆料直接滴在硅片上，干燥后进行SEM测试观察，但通过该种制样方法进行石墨烯SEM测试一般无法看到真实状况下石墨烯的片层形貌。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明提出一种新的水性石墨烯浆料扫描电镜前处理制样方法，以解决上述背景技术中提出的问题，通过新的前处理制样能在测试时更清楚地观察到石墨烯浆料中石墨烯的片层形貌及分布情况。

为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：

水性石墨烯浆料扫描电镜前处理制样方法，包括以下步骤：

步骤(一)取样：取水性石墨烯浆料至离心管内；

步骤(二)分散：加有机溶剂至离心管内，与水性石墨烯浆料混合均匀后得到分散溶液，其中水性石墨烯浆料与有机溶剂的体积比为1:4；

步骤(三)超声：将分散溶液进行超声处理，得到超声溶液；

步骤(四)离心：将超声溶液进行离心处理，得到分层溶液，去除分层溶液的上清液，留分层溶液底部的浆料并向其中加入2～4倍水性石墨烯浆料体积的有机溶剂，混合均匀后得到混合溶液，再进行离心处理，得到再分层溶液，去除再分层溶液的上清液，得到再分层溶液底部浆料；

步骤(五)再稀释分散：取1/10水性石墨烯浆料体积的再分层溶液底部浆料加入至另一个离心管内，并加入2～4倍水性石墨烯浆料体积的有机溶剂搅拌均匀，得到稀释分散溶液；

步骤(六)再超声：将稀释分散溶液进行超声处理，得到稀释分散超声处理溶液；

步骤(七)制样：将稀释分散超声处理溶液滴在硅片中央，真空干燥或红外灯照射后，上机测试。

进一步地，所述步骤(一)取样中，水性石墨烯浆料的加入量为5ml；

所述步骤(二)分散中，有机溶剂的加入量为20ml；

所述步骤(四)离心中，有机溶剂的加入量为10～20ml；

所述步骤(五)再稀释分散中，有机溶剂的加入量为10～20ml，再分层溶液底部浆料的取出量为0.5ml。

进一步地，所述有机溶剂为无水乙醇或丙酮。

进一步地，所述步骤(二)分散中，混合均匀的方式为搅拌，搅拌的时间为10s。

进一步地，所述步骤(三)超声中，超声参数设置为功率150V，超声温度25℃，超声时间5min。

进一步地，所述步骤(四)离心中，离心转速均为4000转/min，离心时间均为10min。

进一步地，所述步骤(六)再超声中，超声参数设置为功率150V，超声温度25℃，超声时间2min。

进一步地，所述步骤(七)制样中，稀释分散超声处理溶液滴加量为15-30mg。

进一步地，所述步骤(七)制样中，真空干燥温度为50℃，时间为5min。

进一步地，所述步骤(七)制样中，红外灯照射时间为5min。

本发明有益效果是：

1、本发明提供的水性石墨烯浆料扫描电镜前处理制样方法，水性石墨烯浆料通过用无水乙醇或丙酮多次清洗，破坏水性胶桥架，使石墨烯完全暴露在溶液中，并且无水乙醇或丙酮更快的挥发能加快石墨烯干燥，避免在干燥过程中时间过长造成石墨烯二次团聚。

2、本发明提供的水性石墨烯浆料扫描电镜前处理制样方法，超声处理通过高频震荡来分散水性石墨烯浆料中团聚石墨烯，能更清楚地观察石墨烯的片层形貌。

3、本发明提供的水性石墨烯浆料扫描电镜前处理制样方法，离心处理通过离心机能加快水性石墨烯浆料固液分离，相对于自然沉降方法，这种处理方法固液分离更彻底，沉降更快，既时间过长造成石墨烯二次团聚，也使得制样效率高。

附图说明

图1为实施例1制样方法步骤流程图；

图2为实施例1观察到的SEM图；

图3为对比例观察到的SEM图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所得到的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

一种水性石墨烯浆料扫描电镜前处理制样方法(步骤流程如图1所示)，包括以下步骤：

步骤(一)取样：取5ml固含量1％～5％的水性石墨烯浆料放入至25ml离心管内；

步骤(二)分散：加20ml无水乙醇至离心管内，与水性石墨烯浆料搅拌，搅拌时间10s，均匀后得到分散溶液；

步骤(三)超声：将装有分散溶液的离心管放入超声波清洗仪中，进行超声处理，得到超声溶液，其中，超声参数设置为功率150V，超声温度25℃，超声时间5min；

步骤(四)离心：将装有超声溶液的离心管放入离心机中，进行离心处理，得到分层溶液，去除分层溶液的上清液，留分层溶液底部的浆料并向其中加入10ml～20ml的无水乙醇，摇匀至看不到固液分离现象为止即可得到混合溶液，将混合溶液再进行10min离心处理，得到再分层溶液，去除再分层溶液的上清液，得到再分层溶液底部的浆料，其中，离心转速为4000转/min，离心时间10min；

步骤(五)再稀释分散：用一次性滴管吸取再分层溶液底部的浆料0.5ml加入至另一个离心管内，并加入10ml～20ml的无水乙醇搅拌均匀至看不到固液分离现象为止即可得到稀释分散溶液；

步骤(六)再超声：将装有稀释分散溶液的离心管放入超声波清洗仪中，进行再超声处理，得到稀释分散超声处理溶液，其中，超声参数设置为功率150V，超声温度25℃，超声时间2min；

步骤(七)制样：将稀释分散超声处理溶液搅拌至无分层现象后，用一次性滴管吸取并滴在硅片亮面中央，滴加量为15-30mg，在50℃下真空干燥5min或用红外灯照射5min后上机测试，测试条件为轰击电压为10.00±1kV，物镜最前缘到样品平面距离为15±1mm。

实施例2

一种水性石墨烯浆料扫描电镜前处理制样方法，与实施例1的区别仅在于，有机溶剂为丙酮，其余设置与实施例1相同。

对比例

一种水性石墨烯浆料扫描电镜前处理制样方法，包括以下步骤：

步骤(一)取样：取5ml固含量3.0％的水性石墨烯浆料放入至25ml离心管内；

步骤(二)分散：加20ml无水乙醇至离心管内，与水性石墨烯浆料搅拌，搅拌时间10s，均匀后得到分散溶液；

步骤(三)制样：用一次性滴管吸取分散溶液并滴在硅片亮面中央，滴加量为15-30mg，在50℃下真空干燥5min或用红外灯照射5min后上机测试，测试条件为轰击电压为10.00±1kV，物镜最前缘到样品平面距离为15±1mm。

通过实施例1制样方法观察到的SEM图如图2所示，通过对比例制样方法观察到的SEM图如图3所示。经过无水乙醇分散超声和离心处理过的样品，在扫描电镜下能够清晰地观察到石墨烯片层形貌及分布状况，这可能是因为以下三点，一是水性石墨烯浆料通过用无水乙醇多次清洗，破坏水性胶桥架，使石墨烯完全暴露在溶液中，并且无水乙醇更快的挥发能加快石墨烯干燥，避免在干燥过程中时间较长使得石墨烯二次团聚；二是超声处理通过高频震荡分散了水性石墨烯浆料中团聚石墨烯；三是离心处理能加快水性石墨烯浆料固液分离，且固液分离更彻底、沉降更快，避免时间过长造成石墨烯二次团聚。而对比例中的样品未经过超声、离心和稀释处理，在扫描电镜下石墨烯是团聚在一起的，看不清单片的片层形貌及分布状况。因此，本发明方法能够在测试时更清楚地观察到石墨烯浆料中石墨烯的片层形貌及分布情况。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。