一种石墨烯粉体的制备方法技术

一种石墨烯粉体的制备方法，它涉及碳结构材料的制备方法。本发明专利技术是要解决现有石墨烯的制备方法无法同时具备原料易保存运输、操作方法简单、成本低、可连续生产、环保的优点的问题。制备方法：通过研磨混合，制备镁粉和碳酸盐粉末的混合粉体，将该混合粉体进行燃烧合成反应，得到石墨烯粉体。本发明专利技术的石墨烯粉体的制备方法同时具备原料易保存和运输、操作方法简单、成本低、可连续生产、环保的优点，制备出的石墨烯粉体缺陷较少且厚度较小。本发明专利技术适用于石墨烯的工业化生产。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及碳结构材料的制备方法。
技术介绍
石墨烯(Graphene)是一种由碳原子构成的单层片状结构材料，因其高强度、高热导率、高导电性及高比表面积等优点受到了研究者的广泛重视。目前制备石墨烯的方法主要有机械剥离法、溶剂剥离法、晶体外延生长法、化学气相沉积法及氧化石墨热膨胀法等。机械剥离法和溶剂剥离法产生的石墨烯片的效率很低；晶体外延生长法和化学气相沉积法适用于大面积石墨烯薄膜的制备，无法满足纳米复合材料领域对小尺寸石墨烯材料的要求，且该方法的操作复杂、成本较高；氧化石墨热膨胀虽然能够以较低的成本制备出大量的石墨烯，但石墨烯的电子结构以及晶体的完整性均受到强氧化剂的破坏，造成较大的缺陷。最近，有研究发现金属镁在干冰中燃烧能够较高产量的制备石墨烯，为石墨烯的制备提供 了新的途径。但该方法也存着以下不足首先，干冰在常压下于零下78. 5°C的温度下稳定存在，常温下易受热升华，给运输、储存和使用都带来很多不便；其次，镁在干冰中燃烧时，反应放热，会导致大量干冰升华，若反应在常压下进行，则造成反应物干冰的大量浪费，若反应在密闭容器中进行，则在反应过程中容器内压强迅速增大，需设计高压反应设备，增加成本。
技术实现思路
本专利技术是要解决现有石墨烯的制备方法无法同时具备原料易保存运输、操作方法简单、成本低、可连续生产、环保的优点的问题，本专利技术提供了。本专利技术的按以下步骤进行一、按质量百分比称取20% 40%的镁粉和60% 80%的碳酸盐粉末；其中，所述镁粉的纯度为95、9. 999%，平均颗粒直径为O. 03飞mm ;碳酸盐粉末的纯度为9(Γ99. 9%，平均颗粒直径O. 0Γ5. 2mm ;碳酸盐为碳酸镁、碳酸钙、碳酸锶其中的一种，或几种的任意比例混合物；二、将步骤一称取的镁粉和碳酸盐粉末置入球磨机中，进行干法研磨或湿法研磨，得到混合粉体；其中，干法研磨的条件为在空气气氛、氮气气氛或氩气气氛中进行研磨，研磨时间为O. 5^30h ;湿法研磨的条件为在空气气氛、氮气气氛或氩气气氛中，以甲醇、乙醇、丙醇、丁醇、异丁醇或丙酮为介质，研磨O. 5 30h后取出，在空气气氛、氮气气氛、氩气气氛或真空条件下进行烘干，烘干温度为3(T90°C ；三、将步骤二得到的混合粉体进行高压燃烧合成反应或常压燃烧合成反应，得到石墨烯粉体。本专利技术利用金属镁在二氧化碳中燃烧生成石墨烯的基本原理，使点火剂燃烧释放出热量，该热量可使临近点火点的碳酸盐分解，释放出二氧化碳，二氧化碳又可支持反应物中的镁燃烧释放热量，进一步使临近的碳酸盐分解，如此使反应不断进行下去，直至反应体系中的金属镁反应完全。本专利技术以碳酸盐作为碳源，碳酸盐常温下稳定，易于保存和运输；碳酸盐经燃烧反应，分解产生的二氧化碳能立刻与反应物中的金属镁反应，不会大量扩散到反应体系中，降低了对设备压力的要求，易于反应操控和连续化生产；无需外界输入大量能量，降低了制备成本，适合大规模工业化生产；燃烧反应的副产物可回收利用，燃烧产物经酸洗产生的酸洗液中主要为镁、钙、锶的离子盐，可用于吸收空气或工厂废气中的二氧化碳，生成难溶的碳酸盐，继续用于燃烧合成制备石墨烯，实现二氧化碳的固定和反应副产物的循环利用；本专利技术制备的石墨烯粉体为10层以下的少层石墨烯，其拉曼光谱的2D峰(2692cm—1)峰型对称并且峰位相对于石墨的2D峰位(2740cm—1)明显向低波段移动；其缺陷较少，其D峰(1339CHT1)比G峰(1572CHT1)强度低；其厚度小，厚度主要集中在O. 335 3. 35nm。本专利技术适用于石墨烯的工业化生产。附图说明图I为试验一得到的石墨烯粉体的拉曼光谱图；图2为试验一得到的石墨烯粉体的透射电镜照片。具体实施例方式本专利技术的技术方案不局限于以下所列举的具体实施方式，还包括各具体实施方式间的任意组合。具体实施方式一本实施方式的，是通过以下步骤实现的一、按质量百分比称取209Γ40%的镁粉和609Γ80%的碳酸盐粉末；其中，所述镁粉的纯度为95、9. 999%，平均颗粒直径为O. 03飞mm ;碳酸盐粉末的纯度为9(Γ99. 9%，平均颗粒直径O. 0Γ5. 2mm ;碳酸盐为碳酸镁、碳酸钙、碳酸锶其中的一种，或几种的任意比例混合物；二、将步骤一称取的镁粉和碳酸盐粉末置入球磨机中，进行干法研磨或湿法研磨，得到混合粉体；其中，干法研磨的条件为在空气气氛、氮气气氛或氩气气氛中进行研磨，研磨时间为O. 5^30h ;湿法研磨的条件为在空气气氛、氮气气氛或氩气气氛中，以甲醇、乙醇、丙醇、丁醇、异丁醇或丙酮为介质，研磨O. 5 30h后取出，在空气气氛、氮气气氛、氩气气氛或真空条件下进行烘干，烘干温度为3(T90°C ；三、将步骤二得到的混合粉体进行高压燃烧合成反应或常压燃烧合成反应，得到石墨烯粉体。具体实施方式二 本实施方式与具体实施方式一不同的是步骤一中按质量百分比称取22°/Γ35%的镁粉和65°/Γ78%的碳酸盐粉末，其它步骤及参数与具体实施方式一相同。具体实施方式三本实施方式与具体实施方式一或二不同的是步骤一中镁粉的纯度为99. 5%，平均颗粒直径为O. 07Γ . 0mm,其它步骤及参数与具体实施方式一或二相同。具体实施方式四本实施方式与具体实施方式一至三不同的是步骤一中碳酸盐粉末纯度为95 99%，平均颗粒直径为O. 04Γ5. Omm，其它步骤及参数与具体实施方式一至三之一相同。具体实施方式五本实施方式与具体实施方式一至四不同的是步骤三中高压燃烧合成反应按以下步骤进行操作a、将步骤二得到的混合粉体置于耐压能力广5MPa的通用的燃烧合成反应装置内，然后在混合粉体上方加入点火剂；其中，所述点火剂为镁热反应的Fe304+Mg或Mn02+Mg或铝热反应的Fe304+Al或Cr203+Al ；b、将燃烧合成反应装置内部抽真空,然后向燃烧合成反应装置内通入O. IMPa的二氧化碳或氩气，随即密闭反应装置；C、采用局部电热点火或局部高频感应加热的方式，点燃步骤a中的点火剂，使混合粉体进行燃烧合成反应；其中，局部电热点火是在螺旋状钨丝线圈或碳纸上通以1(Γ30Α 直流电流，加热局部反应物料引发燃烧合成反应；局部高频感应加热是采用高频感应线圈，加热局部反应物料引发燃烧合成反应；d、待燃烧合成反应结束后，冷却至室温，取出燃烧合成反应的产物，将其放入质量百分含量为109Γ37%的盐酸或109Γ30%的硝酸中进行酸洗，酸洗至酸洗液的pH值小于5后，用蒸馏水冲洗，至冲洗液为中性，在常压或真空中进行干燥，得到石墨烯粉体，其它步骤及参数与具体实施方式一至四之一相同。具体实施方式六本实施方式与具体实施方式一至五不同的是步骤三中常压燃烧合成反应按以下步骤进行操作a、将步骤二得到的混合粉体置于坩埚中，并在混合粉体上方加入点火剂；其中，点火剂为镁热反应的Fe304+Mg或Mn02+Mg或铝热反应的Fe304+Al或Cr203+Al ；b、然后将坩埚放入上开口容器的底部；其中，所述上开口容器的容积为坩埚体积的5 1000倍，容器高度为坩埚高度的2 100倍；C、在上开口容器底部通入二氧化碳或氩气，使坩埚和上开口容器内部充满二氧化碳或氩气；d、采用局部电热点火或局部高频感应加热的方式，点燃点火剂，使混合粉体进行燃烧合成反应，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种石墨烯粉体的制备方法，其特征在于石墨烯粉体的制备方法按以下步骤进行：一、按质量百分比称取20%~40％的镁粉和60%~80%的碳酸盐粉末；其中，所述镁粉的纯度为95~99.999％，平均颗粒直径为0.03~5mm；碳酸盐粉末的纯度为90~99.9％，平均颗粒直径0.01~5.2mm；碳酸盐为碳酸镁、碳酸钙、碳酸锶其中的一种，或几种的任意比例混合物；二、将步骤一称取的镁粉和碳酸盐粉末置入球磨机中，进行干法研磨或湿法研磨，得到混合粉体；其中，干法研磨的条件为：在空气气氛、氮气气氛或氩气气氛中进行研磨，研磨时间为0.5~30h；湿法研磨的条件为：在空气气氛、氮气气氛或氩气气氛中，以甲醇、乙醇、丙醇、丁醇、异丁醇或丙酮为介质，研磨0.5~30h后取出，在空气气氛、氮气气氛、氩气气氛或真空条件下进行烘干，烘干温度为30~90℃；三、将步骤二得到的混合粉体进行高压燃烧合成反应或常压燃烧合成反应，得到石墨烯粉体。

【技术特征摘要】
1.ー种石墨烯粉体的制备方法，其特征在于石墨烯粉体的制备方法按以下步骤进行 一、按质量百分比称取20°/Γ40%的镁粉和60°/Γ80%的碳酸盐粉末；其中，所述镁粉的纯度为95 99. 999%，平均颗粒直径为O. 03飞mm ;碳酸盐粉末的纯度为90 99. 9%，平均颗粒直径O. 0Γ5. 2mm ;碳酸盐为碳酸镁、碳酸钙、碳酸锶其中的ー种，或几种的任意比例混合物； ニ、将步骤一称取的镁粉和碳酸盐粉末置入球磨机中，进行干法研磨或湿法研磨，得到混合粉体；其中，干法研磨的条件为在空气气氛、氮气气氛或氩气气氛中进行研磨，研磨时间为O. 5^30h ;湿法研磨的条件为在空气气氛、氮气气氛或氩气气氛中，以甲醇、こ醇、丙醇、丁醇、异丁醇或丙酮为介质，研磨O. 5 30h后取出，在空气气氛、氮气气氛、氩气气氛或真空条件下进行烘干，烘干温度为3(T90°C ； 三、将步骤ニ得到的混合粉体进行高压燃烧合成反应或常压燃烧合成反应，得到石墨烯粉体。2.根据权利要求I所述的ー种石墨烯粉体的制备方法，其特征在于步骤一中按质量百分比称取22°/Γ35%的镁粉和65°/Γ78%的碳酸盐粉末。3.根据权利要求I或2所述的ー种石墨烯粉体的制备方法，其特征在于步骤一中镁粉的纯度为99. 5%，平均颗粒直径为O. 074 1. 0mm。4.根据权利要求I或2所述的ー种石墨烯粉体的制备方法，其特征在于步骤一中碳酸盐粉末纯度为95、9%，平均颗粒直径为O. 04Γ5. 0mm。5.根据权利要求I所述的ー种石墨烯粉体的制备方法，其特征在于步骤三中高压燃烧合成反应按以下步骤进行操作 a、将步骤ニ得到的混合粉体置于耐压能力f5MPa的通用的燃烧合成反应装置内，然后在混合粉体上方加入点火剂；其中，所述点火剂为镁热反应的Fe304+Mg或Mn02+Mg或铝热反应的 Fe304+Al 或 Cr203+Al ； b、将燃烧合成反应装置内部抽真空，然后向燃烧合成反应装置内通入O.IMP...

【专利技术属性】
技术研发人员：王黎东，费维栋，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：