一种球磨剥离白石墨烯的方法技术

本发明专利技术涉及纳米材料领域，具体公开了一种球磨剥离白石墨烯的方法，具体为：将白石墨烯粉末与表面活性剂的质量体积比为1:1‑500:1；白石墨烯与球磨介质加入质量比为2:1‑1:10的原料混合溶解后，采用球磨速度为200‑800rpm下进行密封球磨；每球磨一段时间后，继续添加上述球磨介质，球磨介质的添加量为白石墨烯质量百分比的5％‑40％，总球磨时间为120‑480h；研磨完成后，所得粉体采用酒精洗涤，然后烘干干燥，得到白石墨烯分散体。本方法能有效剥离白石墨烯颗粒，所制备得的白石墨烯具有颗粒均匀、层数少、面积大、纯度高的特点，能良好的分散在酒精等溶剂中保存数十天不产生团聚沉降作用。

Method for stripping white graphene by ball milling

The present invention relates to the field of nano materials, in particular discloses a ball milling method, exfoliated graphene concrete: white graphene powder and surfactant quality volume ratio of 1:1 500:1; white graphene and milling medium added mass ratio of mixed solution of the material 2:1 1:10 after the milling speed 200 800rpm sealing ball mill; grinding ball after a period of time, continue to add the milling medium, adding amount of grinding medium for white graphene mass percentage of 5% 40%, total milling time of 120 480h; after grinding the powder by alcohol washing, drying and drying, to obtain white graphite graphene dispersions. This method can effectively exfoliated graphene particles, made of white graphene prepared has the characteristics of uniform particles, less layers, large area, high purity, can be preserved for several days without agglomeration and sedimentation role in alcohol solvent in good.

【技术实现步骤摘要】
一种球磨剥离白石墨烯的方法
本专利技术涉及纳米材料领域，具体涉及一种球磨剥离白石墨烯的方法。
技术介绍
白石墨烯(h-BN)本质是单层或少层的h-BN。石墨烯的发现引发了科学界对二维材料的研究热潮，白石墨烯片作为一种新型的二维材料，由于其具有优异的性能受到广泛的研究。二维h-BN中，B原子和N原子以sp2杂化，B与N按1:1形成共价结合，得到类石墨烯六方蜂巢结构的二维平面，但其在第三维方向上层与层之间通过范德华力结合，构成范德华层状材料。基于h-BN独特的二维结构，二维h-BN材料具备许多优良的性能。二维h-BN密度低、比强度高，能应用于改性多功能复合材料；摩擦系数低，是一种常用的润滑剂；耐高温，在1000℃以上空气中仍具备化学稳定性，能应用于抗氧化涂层等领域；导热系数大，可用作导热复合材料的填充剂；层状h-BN禁带宽度为5.0-6.0ev，具有优良的绝缘性能，单层H-BN隧道的性质其势垒高度3.07eV，击穿电压7.95MV/cm，与SO2的性质相近，且h-BN层表面光滑、悬挂键相对少、载流子陷阱少，h-BN是石墨烯晶体管的理想载体平台；同时由于其禁带宽度大，也可用作紫外激光探测器件。且h-BN是一种良好的气敏材料，对CO2，CH4、O2，H2，NO2等具备极高的灵敏度。尽管h-BN二维材料具备上述诸多良好性能，但目前来说大规模制备性能优良的h-BN尚有待研究。传统微机械剥离所制备的白石墨烯(h-BN)产量过低，仅适合实验室生产；化学液相剥离等常用到有毒有害的有机溶剂，且氧化及离子嵌入等对其物理结构及电子结构有一定影响，所制备的h-BN电学性能不佳。化学气相沉积常用来制备高性能的单层或者少层h-BN，但其成本高昂且产量受到限制。目前白石墨烯尚不能以低成本的方法大量生产纯度高、性能优良的白石墨烯，这极大地限制了其应用，提高白石墨烯产能是目前白石墨烯研究的重点之一。此外，类似于许多其他纳米材料，白石墨烯存在巨大的比表面积，在范德华力的作用下，白石墨烯片会产生不可逆的团聚，因此其分散性能严重影响其性能和应用，提高h-BN分散性同样是目前研究的重点。
技术实现思路
有鉴于此，有必要针对上述的问题，提供一种球磨剥离白石墨烯的方法，本方法能有效剥离白石墨烯颗粒，剥离得到的白石墨烯具有颗粒均匀、层数少、面积大、纯度高的特点，能良好的分散在酒精等溶剂中保存数十天不产生团聚沉降作用。且该方法操作过程简单，成本低，生产效率高，适宜大规模工业生产。为实现上述目的，本专利技术采取以下的技术方案：本专利技术的球磨剥离白石墨烯的方法，具体步骤为：步骤1)将白石墨烯(h-BN)粉末、表面活性剂、球磨介质混合溶解后，采用球磨速度为200-800rpm下进行密封球磨；所述白石墨烯(h-BN)粉末与表面活性剂的质量比为1:1-500:1，优选10:1-100:1；所述白石墨烯(h-BN)与球磨介质加入质量比为2:1-1:10，优选1:1-1:5；步骤2)每球磨一段时间后，继续添加步骤1中的球磨介质，球磨介质的添加量为白石墨烯质量百分比的5％-40％，总球磨时间为120-480h；步骤3)研磨完成后，所得粉体采用酒精洗涤，然后烘干干燥，得到球磨白石墨烯分散体。本专利技术在球磨过程中，磨球为陶瓷或者金属磨球，球料比为3:1，球磨介质的表面能接近白石墨烯的表面能时(25-40mJ/m2)，机械剥离具有最佳的效率和质量，同时，添加适量的球磨介质能缓冲球磨时锆球的冲击力以及调整球磨体系的粘度范围。由于h-BN剥离过程球磨体系粘度变化大，磨一段时间后必须补充球磨介质以控制球磨体系的粘度在合理范围内。表面活性剂能有效地吸附在二维h-BN表面形成空间位阻和电荷位阻，所制备得的白石墨烯能长时间地分散在酒精、丙酮等水溶液中，不产生团聚沉降等现象。进一步的，步骤2球磨过程中，前24h每2h添加一次球磨介质；球磨时间超过24h后每24h添加一次球磨介质。进一步的，所述球磨介质为低分子量醇和/或酮水溶液。作为优选的，所述低分子量醇和/或酮水溶液中，低分子量醇和/或酮与水的质量比为1:10-2:1，更优选1:5-2:1。作为优选的，所述低分子量醇为：甲醇、乙醇、异丙醇、叔丁醇、乙二醇中的至少一种；所述低分子量酮为丙酮。进一步的，所述表面活性剂为具长链路易斯酸或长链路易斯碱的表面活性剂中的至少一种。作为优选的，所述表面活性剂为具长链路易斯酸的C原子数大于14的高级脂肪酸、脂肪酮、脂环酮、芳香酮等及其相应衍生物中的至少一种；或具长链路易斯碱的烯烃、芳香化合物、胺、醚等中的至少一种。作为进一步优选的，所述长链路易斯酸的表面活性剂为：棕榈酸、软脂酸、硬脂酸、油酸、亚油酸、软脂酸、十八酮、3-甲基环十三酮、环十四烷酮，3-十六酮、棕榈醛、椰子醛、二十烷醛等中的至少一种；所述长链路易斯碱的表面活性剂为：棕榈胺、十七胺、十八胺、油胺、考来烯胺、端胺基聚乙二醇、聚苯乙炔、聚噻吩、聚苯乙烯磺酸钠、十二烷基苯、4-十二烷基苯胺、聚氧乙烯辛烷基苯酚醚、缩水甘油12-14烷基醚、六聚乙二醇单十六醚等中的至少一种。h-BN中B、N原子分别带微弱正电、负点，存在π键，本专利技术具长链路易斯酸、长链路易斯碱的表面活性剂，能在h-BN上充分吸附以形成空间位阻和电荷位阻，能促进研磨、防止分离的h-BN纳米片团聚。本专利技术的有益效果为：本专利技术剥离得的白石墨烯片粒径大、厚度薄、比表面积大：厚度均小于10nm，薄皮的厚度可低至1个纳米，粒径尺寸分布在数百纳米至数微米，比表面积高达100-1500m2/g。本专利技术制备过程中无强酸/碱原料、有毒害有机添加剂等，绿色环保，生产效率高、产量大，且设备简单、成本低廉，具有良好的应用前景。附图说明图1为实施例1所制备得的白石墨烯的SEM照片；图2为实施例1所制备得的白石墨烯的AFM照片。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例，对本专利技术的技术方案作进一步清楚、完整地描述。需要说明的是，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。实施例1本实施例具体制备工艺步骤：称量100g白石墨烯(h-BN)、100g乙醇和100g去离子水，量取4g聚噻吩，放入球磨罐中，搅拌使之完全溶解。球磨罐密封后固定在行星球磨机上，启动球磨机，以500rpm球磨240h。球磨前24h，每2h添加25g乙醇水溶液(乙醇：水质量比为1:1)；球磨时间达24-72h，每24h添加25g乙醇水溶液。球磨时间超过72h后每24h添加10g乙醇水溶液，以保证球磨体系具备适合的粘度。球磨完毕将白石墨烯经过酒精洗涤后，在马弗炉中60℃烘干处理得到球磨白石墨烯产品。图1为本实施例所得产品的SEM照片，从中可以看出通过球磨剥离，所得到的白石墨烯纳米片粒径大于250nm，纳米片厚度均低于10nm；图2为原子力显微镜检测照片，h-BN片的厚度为6nm，部分h-BN厚度可低至1nm左右。通过检测比表面积为180m2/g。实施例2本实施例具体制备工艺步骤：称量100g白石墨烯(h-BN)、100g乙醇和100g去离子水于球磨罐中，用玻璃棒搅拌均匀。量取10g油胺，放入本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种球磨剥离白石墨烯的方法，其特征在于，具体步骤为：步骤1)将白石墨烯粉末、表面活性剂、球磨介质混合溶解后，采用球磨速度为200‑800rpm下进行密封球磨；所述白石墨烯粉末与表面活性剂的质量体积比为1:1‑500:1；所述白石墨烯与球磨介质加入质量比为2:1‑1:10；步骤2)每球磨一段时间后，继续添加步骤1中的球磨介质，球磨介质的添加量为白石墨烯质量百分比的5％‑40％，总球磨时间为120‑480h；步骤3)研磨完成后，所得粉体采用酒精洗涤，然后烘干干燥，得到球磨白石墨烯分散体。

【技术特征摘要】
1.一种球磨剥离白石墨烯的方法，其特征在于，具体步骤为：步骤1)将白石墨烯粉末、表面活性剂、球磨介质混合溶解后，采用球磨速度为200-800rpm下进行密封球磨；所述白石墨烯粉末与表面活性剂的质量体积比为1:1-500:1；所述白石墨烯与球磨介质加入质量比为2:1-1:10；步骤2)每球磨一段时间后，继续添加步骤1中的球磨介质，球磨介质的添加量为白石墨烯质量百分比的5％-40％，总球磨时间为120-480h；步骤3)研磨完成后，所得粉体采用酒精洗涤，然后烘干干燥，得到球磨白石墨烯分散体。2.根据权利要求1所述的球磨剥离白石墨烯的方法，其特征在于，所述白石墨烯(h-BN)粉末与表面活性剂的质量比为10:1-100:1；所述白石墨烯(h-BN)与球磨介质加入质量比为1:1-1:5。3.根据权利要求1或2所述的球磨剥离白石墨烯的方法，其特征在于，步骤2球磨过程中，前24h每2h添加一次球磨介质；球磨时间超过24h后每24h添加一次球磨介质。4.根据权利要求1或2所述的球磨剥离白石墨烯的方法，其特征在于，所述球磨介质为低分子量醇和/或酮水溶液。5.根据权利要求4所述的球磨剥离白石墨烯的方法，其特征在于，所述低分子量醇和/或...

【专利技术属性】
技术研发人员：段曦东，王剑，蒋后清，
申请(专利权)人：广东纳路纳米科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44