一种石墨烯的制备方法技术

技术编号:10303763 阅读:110 留言:0更新日期:2014-08-07 16:20
本发明专利技术公开了一种石墨烯的制备方法,是通过以下步骤制得:1)将石墨分散于有机发泡剂溶液中,恒温搅拌30min~1h,超声震荡10min~30min;2)将1)产物于150~280℃油浴中恒温30min~5h;3)将2)产物降温至常温状态后,加入至体积比为30∶1~50∶10的乙醇和浓硝酸混合溶液中,形成分散均匀的浓度为0.003g/mL~0.05g/mL的悬浮液,将此悬浮液在80℃~160℃下水热反应6h~48h,将悬浮液冷却、过滤、沉淀、洗涤、干燥;4)将3)产物加入至pH=7.5~11的氢氧化钠溶液中,180~260℃搅拌30min~1h。本发明专利技术提供的石墨烯的制备方法大大增加石墨烯产量。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开了,是通过以下步骤制得:1)将石墨分散于有机发泡剂溶液中,恒温搅拌30min~1h,超声震荡10min~30min;2)将1)产物于150~280℃油浴中恒温30min~5h;3)将2)产物降温至常温状态后,加入至体积比为30∶1~50∶10的乙醇和浓硝酸混合溶液中,形成分散均匀的浓度为0.003g/mL~0.05g/mL的悬浮液,将此悬浮液在80℃~160℃下水热反应6h~48h,将悬浮液冷却、过滤、沉淀、洗涤、干燥;4)将3)产物加入至pH=7.5~11的氢氧化钠溶液中,180~260℃搅拌30min~1h。本专利技术提供的石墨烯的制备方法大大增加石墨烯产量。【专利说明】—种石墨烯的制备方法
本专利技术涉及石墨烯
,特别涉及。
技术介绍
人们探索了诸多制备石墨烯的方法,分别为:机械剥离法,机械剥离法即采用层层剥离的方法使石墨片层被剥离出,因为单层结构的石墨即石墨烯,石墨结构中层与层之间通过η键结合,当剥离力大于η键连接力时,石墨片层剥出。机械剥离法是将石墨分离成较小的碎片,再从碎片中选出较薄的石墨薄片,然后用特殊的塑料胶带黏住薄片的两侧,撕开胶带,薄片一分为二。通过不断重复这一过程得到越来越薄的石墨薄片,最后得到仅由一层碳原子构成的石墨烯。这种方法产量低,过程复杂,尺寸不易控制,不适用于生产应用。液相或气象直接剥离法(热膨胀法),用酸进行插层反应得到膨胀率较低的石墨鳞片,石墨鳞片平均厚度约为30 μ m,横向尺寸在400 μ m左右,这种石墨鳞片就是可膨胀石墨。将这种可膨胀石墨放入微波或高温炉中加热,就可以得到厚度为几纳米到几十纳米的纳米石墨片。这种方法因以廉价的石墨或膨胀石墨为原料,制备过程不涉及化学变化,液相或气相直接剥离法制 备石墨烯具有成本低、操作简单、产品质量高等优点,但也存在单层石墨烯产率不高、片层团聚严重,需进一步脱去稳定剂等缺陷。化学气相沉积法,Srivastava等在2005年采用微波增强化学气相沉积法,在Ni包裹的Si衬底上生长出了 20nm左右厚度的“花瓣状”的石墨片,并研究了微波功率大小对石墨片形貌的影响。此种方法生长出来的石墨片虽然厚度相比以前有了较大的减少,但这种“花瓣状”的石墨片中含有较多的Ni元素。相比其他方法,此法的优势在于,只要能精确控制条件,就可以大量地制备出厚度均一的石墨烯材料,这为以后的工业应用打下了基础。这种方法是目前制备大尺寸、高质量石墨烯的最经济的方法之一,可以与现有的半导体制造工艺兼容。但是化学气相沉积法所需的设备极其昂贵,并且反应条件相对较高,故这种方法应用潜力受到制约。晶体外延生长法,在超高真空的条件下加热SiC晶体,在足够高的温度下(1300°C以上),SiC表面的Si原子被蒸发而脱离表面,使表面出现碳化现象,这样就可以得到基于SiC衬底的外延石墨稀。这种方法条件荀刻(闻温、闻真空)且制造的石墨稀不易从衬底上分离出来,难以制造大量石墨烯。氧化还原法,氧化还原法是将石墨氧化得到在溶液中分散(超声分散、高速离心)的氧化石墨烯,再用还原剂还原制备石墨烯。这种方法可大规模生产石墨烯,但由于聚合物分散剂的加入将对石墨烯的物理性质造成影响,对其在很多方面的应用造成限制。上述方法均存在一定弊端。基于以上所述,一种改进的石墨烯的制备方法的开发将很有必要性。
技术实现思路
针对上述问题,本专利技术提供一种改进的石墨烯的制备方法,所述制备方法通过三步剥离制备石墨烯薄片,首次剥离是通过发泡剂发泡时产生的剥离力使石墨片层间距增大;二次剥离是再采用强酸进行插层,使石墨片间距进一步增大;三次剥离则通过加热,即制得石墨烯片层。本专利技术公开的石墨烯的制备方法,是通过以下步骤制得:I)将石墨分散于有机发泡剂溶液中,恒温搅拌30min~Ih,超声震荡IOmin~30min ;2)将I)产物于150~280°C油浴中恒温30min~5h ;3)将2)产物降温至常温状态后,加入至体积比为30:1~50: 10的乙醇和浓硝酸混合溶液中,形成分散均匀的浓度为0.003g/mL~0.05g/mL的悬浮液,将此悬浮液在80°C~160°C下水热反应6h~48h,将悬浮液冷却、过滤、沉淀、洗涤、干燥;4)将3)产物加入至pH = 7.5~11的氢氧化钠溶液中,180~260°C搅拌30min~Ih0优选的是,所述的石墨烯的制备方法,其中,所述有机发泡剂为偶氮二甲酰胺类发泡剂。优选的是,所述的石墨烯的制备方法,其中,所述石墨与有机发泡剂质量份数之比为 1: 0.05 ~1: 0.2。优选的是,所述的石墨烯的制备方法,其中,步骤3)中干燥条件为:60~100°C条件下真空干燥12~24h。优选的是,所述的石墨烯的制备方法,其中,步骤4)搅拌速度为200~500转/min0本专利技术提供的石墨烯的制备方法的有益效果:1)大大增加石墨烯产量,使生成的石墨烯中石墨含量大幅降低;2)制备温度控制在较低的范围内,对设备要求降低;3)石墨烯的物理性能不受影响。 【具体实施方式】下面对本专利技术做进一步的详细说明,以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。实施例1本实施例提供,是通过以下步骤制得:I)将石墨分散于偶氮二甲酰胺类发泡剂溶液中,恒温搅拌30min,超声震荡30min,所述石墨(g)与有机发泡剂(g)质量份数之比为1: 0.05 ;2)将I)产物于280°C油浴中恒温30min ;3)将2)产物降温至常温状态后,加入至体积比为30: I的乙醇和浓硝酸混合溶液中,形成分散均匀的浓度为0.003g/mL的悬浮液,将此悬浮液在80°C下水热反应48h,将悬浮液冷却、过滤、沉淀、洗涤、于60°C条件下真空干燥24h ;4)将3)产物加入至pH = 7.5的氢氧化钠溶液中,180°C搅拌lh,搅拌速度为500转 /min0制得的石墨烯的片层厚度为4nm ;所述石墨烯的比表面为1450m2/g,制得的石墨烯产率为65%。实施例2本实施例提供,是通过以下步骤制得:I)将石墨分散于偶氮二甲酰胺类发泡剂溶液中,恒温搅拌lh,超声震荡IOminJf述石墨(g)与有机发泡剂(g)质量份数之比为1: 0.2 ;2)将I)产物于150°C油浴中恒温30min ;3)将2)产物降温至常温状态后,加入至体积比为5: I的乙醇和浓硝酸混合溶液中,形成分散均匀的浓度为0.05g/mL的悬浮液,将此悬浮液在160°C下水热反应6h,将悬浮液冷却、过滤、沉淀、洗涤、于100°C条件下真空干燥12h ;4)将3)产物加入至pH = 11的氢氧化钠溶液中,260°C搅拌30min,搅拌速度为200 转 /min。制得的石墨烯的片层厚度为7.5nm ;所述石墨烯的比表面为1500m2/g ;制得的石墨烯产率为85% 。实施例3本实施例提供,是通过以下步骤制得:I)将石墨分散于偶氮二甲酰胺类发泡剂溶液中,恒温搅拌40min,超声震荡15min,所述石墨(g)与有机发泡剂(g)质量份数之比为1: 0.1 ;2)将I)产物于180°C油浴中恒温1.5h ;3)将2)产物降温至常温状态后,加入至体积比为10: I的乙醇和浓硝酸混合溶液中,形成分散均匀的悬浮液,将此悬浮液在90°C下水热反应12h,将悬浮液冷却、过滤本文档来自技高网
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【技术保护点】
一种石墨烯的制备方法,其特征在于,是通过以下步骤制得:1)将石墨分散于有机发泡剂溶液中,恒温搅拌30min~1h,超声震荡10min~30min;2)将1)产物于150~280℃油浴中恒温30min~5h;3)将2)产物降温至常温状态后,加入至体积比为30∶1~50∶10的乙醇和浓硝酸混合溶液中,形成分散均匀的浓度为0.003g/mL~0.05g/mL的悬浮液,将此悬浮液在80℃~160℃下水热反应6h~48h,将悬浮液冷却、过滤、沉淀、洗涤、干燥;4)将3)产物加入至pH=7.5~11的氢氧化钠溶液中,180~260℃搅拌30min~1h。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员:金闯杨晓明
申请(专利权)人:苏州斯迪克新材料科技股份有限公司
类型:发明
国别省市:江苏;32

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