一种快速制备小尺寸石墨烯的方法技术

本发明专利技术属于纳米材料制备领域，具体涉及一种快速制备小尺寸石墨烯的方法，石墨烯原料在一压力条件下，通过作用力使石墨烯原料横向撕裂，形成小尺寸石墨烯。本发明专利技术的快速制备小尺寸石墨烯的方法，是基于已有的片径较大或片径分布较广石墨烯原料，在一压力条件下，通过作用力，相对简单的方式快速、高效制备更小尺寸石墨烯或功能化石墨烯，从而实现高品质、片径均一的石墨烯批量处理。可以有效、大批量解决大多存在状态下的石墨烯或功能化石墨烯小片径的问题。且过程中均不会引入其它介质，因而不会对产品产生污染，该发明专利技术可适用于连续化工业化生产。

Method for rapidly preparing small size graphene

The invention belongs to the field of nano material preparation, in particular relates to a preparation method of small size graphene materials, Shi Moxi in a pressure condition, through the interaction of the graphene material transverse tear, the formation of small size graphene. Fast the method for preparing the small size of graphene, is based on the existing tablet size or larger diameter piece of wide distribution of graphene materials, in a pressure condition, by force, relatively simple way of rapid and efficient preparation of smaller size graphene or graphene, graphene and achieve high quality from and the uniform size of batch processing. It can be used to solve the problem of graphene or functional graphene wafer size in most states. In addition, other media are not introduced in the process, so the product can not be polluted.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于纳米材料制备领域，具体涉及一种快速制备小尺寸石墨烯的方法。
技术介绍
石墨烯是一种由单层碳原子在二维空间定向排布的二维纳米碳材料，其厚度仅有0.34nm，理论强度是钢的100倍，电导率高于铜，可达106S·cm-1，同时石墨烯也具有好的化学稳定性、良好的阻隔、润滑等特性，因而得到了广泛关注。在石墨烯的使用中，片径均一且较小的石墨烯在光电领域、催化、生物传感、电池添加剂等领域展现出较好的性能优势和应用前景。目前“自上而下”的石墨剥离方法或“自下而上”的气相生长方法制备的的石墨烯或功能化石墨烯片径尺寸分布比较宽，需要通过分离才能得到其中的小片径石墨烯，其过程相对复杂，且难于连续、大规模制备。中国专利技术专利CN105523550A(申请号201610057733.8)公开了一种利用圆盘式气流粉碎机制备石墨烯微片的方法，先将石墨粉进行低压插层脆化，再通过圆盘式气流粉碎机八个工作喷嘴喷射的气流产生的以剪切力为主的剪切力、摩擦力和撞击力剥离石墨，获得层数在100-300层的分散均匀的石墨烯微片。该方法生产成本想比于现有的石墨烯制备方法，只有百分之一，成本低；无污染、产量高、成本低，满足在橡胶增强、塑料增强、涂料防腐、润滑、污水处理等领域的要求；但是该方法剥离制备的石墨烯层数在100-300层，片径宽度在5μm-30μm之间，石墨烯层数相对较厚，层数分布范围广，片径宽度大，不均匀。中国专利技术专利CN106006624A(申请号201610510419.0)公开了一种干态气流剥离制备石墨烯材料的方法，其特征在于：将不同形貌、不同硬度或/和不同粒径的复合无机粉体与石墨粉通过高速气流剪切获得石墨烯材料，具体方法如下：(1)将石墨粉与复合无机粉体、表面活性剂质量比100:20-200:1-3混合均匀；其中，所述的复合无机粉体由不同形貌、不同硬度或/和不同粒径的矿物粉体组成；(2)将步骤(1)得到的混合物通过输送装置连续加入气流粉碎机，气流粉碎机利用高速气流将剪切力施加到混合物；(3)在气流粉碎机内受高速转子的旋转离心力的作用和/或高速气流旋转，达到要求的粉体在粉碎室上方随气流被引至收集袋，得到石墨烯材料，大颗粒粉体因重力在粉碎室继续粉碎。该方法在完全气流作用下，通过不同形貌、不同硬度或/和不同粒径的复合无机粉体，在高速气流中存在剪切力差异，与石墨粉作用时对石墨进行微观的切割、研磨、摩擦剥离，得到石墨烯材料。在高速气流中通过借助复合无机粉体传递能量，克服了球磨难以研磨减薄的缺陷。但该方法主要是对石墨进行剥离，获得石墨烯，石墨烯的质量不可控。中国专利技术专利CN104030281A(申请号201410286173.4)公开了一种石墨烯的制备方法，其特征是包括以下步骤：(1)将氧化石墨用机械剪切或球磨的方式破碎成小碎片；(2)在氢氮或氢氩混合气氛下，气体流速为10～100mL/min，以5～35℃/min升温速率将上述氧化石墨小碎片升温至250～500℃，保温时间为5～120min，氢氮或氢氩气流下降至室温或自然冷却至室温，得到石墨烯。该方法基于小碎片氧化石墨在低氢浓度下和低温的还原和剥离，提供了一种安全、低成本氢还原制备石墨烯的方法。以上方案中依然是以“自上而下”的石墨剥离、或氧化石墨还原剥离获得石墨烯，或者通过对氧化石墨进行机械剪切或球磨的方式破碎成小片，然后对还原剥离。因此，专利技术一种制备工艺简单，并能够快速、大量制备片径均一的小尺寸(10μm)石墨烯的方法，对于推进石墨烯的商业应用具有重要现实意义。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于现有技术的主要针对“自上而下”的石墨剥离方法或“自下而上”的气相生长方法制备的的石墨烯片径尺寸分布比较宽的问题，进而提出一种速制备小尺寸石墨烯的方法。为了解决上述技术问题，本专利技术通过下述技术方案得以解决：一种快速制备小尺寸石墨烯的方法，其特征在于，石墨烯原料在一压力条件下，通过作用力使石墨烯原料横向撕裂，形成小尺寸石墨烯。本专利技术中的“横向”指沿石墨烯片层方面，与传统的石墨剥离的“自上而下”方向垂直。本专利技术中的石墨烯原料可以为石墨烯原料本身，也可以为功能化石墨烯原料。进一步地，所述作用力为所述压力在施压过程中产生的作用力。更优选地，所述压力在施压过程中，产生的作用力使石墨烯片层之间碰撞、摩擦，导致石墨烯原料片层被撕裂，形成小尺寸石墨烯。作为优选，所述作用力为所述压力在泄压过程中产生的作用力。更优选地，所述压力在泄压过程中产生的作用力，使得石墨烯从内部高压爆破，大片径石墨烯原料片层被撕裂，得到小尺寸石墨烯。具体地，所述石墨烯原料为石墨烯粉体原料或石墨烯分散液原料。在本专利技术第一种优选实施例中，快速制备小尺寸石墨烯的方法具体为干法制备方法，具体步骤包括：将石墨烯粉体原料按照一速率送入气流粉碎机，形成高压气流，在高压气流的带动下，使得石墨烯原料片层之间发生高速碰撞、摩擦，石墨烯原料片层被撕裂，粉碎的粉尘即为小尺寸石墨烯。进一步地，所述高压气流的压力优选为至少0.5MPa，优选为所述高压气流的压力为0.5-10MPa。进一步地，所述粉碎的粉尘还通过微尘收集装置收集。作为优选，所述微尘收集装置为集尘袋或静电集尘装置。具体地，所述石墨烯原料为基于石墨机械剥离、氧化插层剥离、微波剥离直接得到的粉体，或由含碳有机物合成、生长、石墨化方式得到的粉体；或由石墨烯分散液通过冷冻干燥、超临界干燥、鼓风干燥方式得到的粉体。在本专利技术所述的第一种优选实施例中，进一步地，所述石墨烯原料平均片径尺寸大于等于10μm。进一步地，所述小尺寸石墨烯的平均片径尺寸小于等于石墨烯原料平均片径的50％。在本专利技术另一种优选实施例中，快速制备小尺寸石墨烯的方法具体为湿法制备方法，具体步骤包括：将石墨烯分散液原料进行加压，使石墨烯分散液原料达到一压力后，通过狭缝或小孔，所述狭缝或小孔与大气连通，使得液体压力瞬间减小为零，产生的高压爆破，使得大片径石墨烯原料片层被撕裂，得到小尺寸石墨烯分散液。作为优选，所述石墨烯分散液原料达到的压力优选为至少100MPa，更优选为100MPa-450MPa。进一步地，所述狭缝的间距或小孔的直径在10μm-1cm之间。具体地，所述石墨烯分散液原料的分散溶剂为水、醇类、酮类、芳香类化合物、有机胺类、烷烃类或离子液体中的任意一种或互溶的几种。作为优选，所述的醇类为乙醇、丙醇、丙二醇、丁醇、乙二醇、正辛醇或异辛醇中的任意一种或几种。作为优选，所述的酮类为丙酮、丁酮、环己酮或N-甲基吡咯烷酮中的任意一种或几种。作为优选，所述的芳香类化合物为苯、甲苯或二甲苯中的任意一种或几种。作为优选，所述的有机胺类为甲酰胺、乙酰胺、对甲苯胺、N,N-二甲基甲酰胺或N,N-二甲基乙酰胺中的任意一种或几种。作为优选，所述的烷烃类为环己烷或辛烷中的任意一种或几种。作为优选，所述的离子液体由阳离子和阴离子组成，其中，所述阳离子优选为季铵盐离子、季鏻盐离子、咪唑盐离子或吡咯盐离子中的任意一种或几种，所述阴离子优选为卤素离子、四氟硼酸根离子或六氟磷酸根离子中的任意一种或几种。在本专利技术所述的另一种优选实施例中，具体地，所述石墨烯分散液原料的石墨烯平均片径大于等于5μm。进一步地，所述小尺寸石墨烯分散液的石墨烯平均片径小于等本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种快速制备小尺寸石墨烯的方法，其特征在于，石墨烯原料在一压力条件下，通过作用力使石墨烯原料横向撕裂，形成小尺寸石墨烯。

【技术特征摘要】
1.一种快速制备小尺寸石墨烯的方法，其特征在于，石墨烯原料在一压力条件下，通过作用力使石墨烯原料横向撕裂，形成小尺寸石墨烯。2.根据权利要求1所述的快速制备小尺寸石墨烯的方法，其特征在于，所述作用力为所述压力在施压过程中产生的作用力。3.根据权利要求1所述的快速制备小尺寸石墨烯的方法，其特征在于，所述作用力所述压力在泄压过程中产生的作用力。4.根据权利要求1所述的快速制备小尺寸石墨烯的方法，其特征在于，所述石墨烯原料为石墨烯粉体原料或石墨烯分散液原料。5.根据权利要求1或2所述的快速制备小尺寸石墨烯的方法，其特征在于，所述方法具体步骤包括：将石墨烯粉体原料按照一速率送入气流粉碎机，在高压气流的带动下，使得石墨烯原料片层之间发生高速碰撞、摩擦，石墨烯原料片层被撕裂，粉碎的粉尘即为小尺寸石墨烯。6.根据权利要求5所述的快速制备小尺寸石墨烯的方法，其特征在于，所述高压气流的压力为0.5-10MPa。7.根据权利要求5所述的快速制备小尺寸石墨烯的方法，其特征在于，所述粉碎的粉尘还通过微尘收集装置收集。8.根据权利要求7所述的快速制备小尺寸石墨烯的方法，其特征在于，所述微尘收集装置为集尘袋或静电集尘装置。9.根据权利要求5所述的快速制备小尺寸石墨烯的方法，其特征在于，所述石墨烯原料为基于石墨机械剥离、氧化插层剥离、微波剥离直接得到的粉体，或由含碳有机物合成、生长、石墨化方式得到的粉体；或由石墨烯或功能化石墨烯分散液通过冷冻干燥、超临界干燥、鼓风干燥方式得到的粉体。10.根据权利要求9所述的快速制备小尺寸石墨烯的方法，其特征在于，所述石墨烯原料平均片径尺寸大于等于10μm。11.根据权利要求10所述的快速制备小尺寸石墨烯的方法，其特征在于，所述小尺寸石墨烯的平均片径尺寸小于等于石墨烯原料平均片径的50％。12.根...

【专利技术属性】
技术研发人员：相喜，蒋永华，高俊强，
申请(专利权)人：苏州高通新材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32