一种液相剥离法制备石墨烯的方法技术

本发明专利技术公开了一种液相剥离法制备石墨烯的方法，所述制备方法包括以下步骤：S1，利用膨胀法对石墨原材料进行膨胀处理；S2，将膨胀后的石墨分散在含有表面活性剂的水溶液中，进行超声处理，再离心、干燥，备用；S3，将干燥后的石墨加入到有机溶剂、有机溶剂和表面活性剂的混合液或者有机溶剂和与石墨烯具有相似表面能的物质的混合液中，进行超声处理，再抽滤、干燥，重复步骤S31～10次，得到石墨烯。与现有技术相比，本发明专利技术能大大缩短超声时间，提高剥离效率，并在低功率超声下获得优质的石墨烯。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开了，所述制备方法包括以下步骤：S1，利用膨胀法对石墨原材料进行膨胀处理；S2，将膨胀后的石墨分散在含有表面活性剂的水溶液中，进行超声处理，再离心、干燥，备用；S3，将干燥后的石墨加入到有机溶剂、有机溶剂和表面活性剂的混合液或者有机溶剂和与石墨烯具有相似表面能的物质的混合液中，进行超声处理，再抽滤、干燥，重复步骤S31～10次，得到石墨烯。与现有技术相比，本专利技术能大大缩短超声时间，提高剥离效率，并在低功率超声下获得优质的石墨烯。【专利说明】
本专利技术涉及，属于石墨烯制备
。
技术介绍
石墨烯是一种由碳原子构成的单层片状结构的新材料，是已知的世界上最薄、最坚硬的纳米材料，其导热系数高、电阻率极低、电子迀移速度极快，这些优异性能使得石墨烯在纳米电子器件、气体传感器、能量存储及复合材料等领域有光明的应用前景。 经研宄发现，制备石墨烯的方法有很多，例如微机械剥离、化学气相沉积、氧化-还原法以及液相或气相直接剥离法等，其中液相剥离法近年来被广泛应用。 但是，通过现有的液相剥离法来制备石墨烯还存在缺陷，具体如下: (I)超声时间长。一般从24个小时到20天，才能达到理想的剥离效果，即较高产率和较少层数，因为短时间的超声只能得到较低的产率。而文献中记载少于24个小时的，主要是因为其最终产物只是上清液中的一部分，通过离心取出上清液，然后过滤得到石墨烯，石墨烯的产量是很低的。 (2)剥离出来的石墨烯的二维尺寸比较小，并且尺寸分布范围广，石墨烯质量不尚O
技术实现思路
本专利技术的目的在于，提供，能大大缩短超声时间，提高剥离效率，并在低功率超声下获得优质的石墨烯。 为解决上述技术问题，本专利技术采用如下的技术方案:，包括以下步骤: SI，利用膨胀法对石墨原材料进行膨胀处理； S2，将膨胀后的石墨分散在含有表面活性剂的水溶液中，进行超声处理，再离心、干燥，备用； S3，将干燥后的石墨加入到有机溶剂、有机溶剂和表面活性剂的混合液或者有机溶剂和与石墨烯具有相似表面能的物质的混合液中，进行超声处理，再抽滤、干燥，重复步骤S31?10次，得到石墨稀。 前述的液相剥离法制备石墨烯的方法中，所述石墨原材料为天然石墨、可膨胀石墨和膨胀石墨中的一种或几种。 前述的液相剥离法制备石墨烯的方法中，所述步骤SI中的膨胀法为瞬间高温膨胀法，其具体为:将石墨原材料在500?1800°C加热5秒?I分钟。 优选的，瞬间高温膨胀法具体为:将石墨原材料在900°C加热10秒。瞬间高温膨胀法不会带入其他基团的缺陷，同时也能较好的多次膨胀。 前述的液相剥离法制备石墨烯的方法中，所述步骤SI中的膨胀法为化学膨胀法，具体为:将石墨原材料与卤化物或者含有半径小的离子且易生成气体的化合物混合，研磨使之混合均匀，然后加入浓硫酸，50?100°C保温10分钟?24小时，最后用纯水洗至中性， 烘干备用。 优选的，化学膨胀法具体为:将石墨原材料与相对易得和便宜的氯化物(如氯化钠)或者含铵根离子的化合物混合，研磨使之混合均匀，然后加入浓硫酸，60°C保温24小时，最后用纯水洗至中性，烘干备用。 天然石墨、可膨胀石墨和膨胀石墨均适用前述两种膨胀法，经过膨胀后，体积是原来的300倍左右。 前述的液相剥离法制备石墨烯的方法中，所述步骤S2具体为:将膨胀后的石墨分散在0.01?50mg/mL含有表面活性剂的水溶液中，分散液中石墨的浓度为0.01?1mg/mL，进行超声处理，超声功率为50W?50KW，超声时间为30分钟?4小时，使其初步细化；再离心分离，转速1000?6000rpm，真空烘箱干燥5?12小时，备用；其中，所述表面活性剂为胆酸钠、十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠、十六烷基三甲基溴化铵、聚乙二醇辛基苯基醚、聚氧乙烯硬脂酸酯、吐温或者聚乙烯吡咯烷酮。 前述的液相剥离法制备石墨烯的方法中，所述步骤S2具体为:将膨胀后的石墨分散在0.lmg/mL含有胆酸钠的水溶液中，分散液中石墨的浓度为0.01?10mg/mL (最优浓度为0.lmg/mL)，进行超声处理，超声功率为250W，超声时间为4小时，使其初步细化；再离心分离，转速1500rpm，真空烘箱干燥12小时，备用。 前述的液相剥离法制备石墨烯的方法中，所述步骤S3中，相邻两次所用的有机溶剂、有机溶剂和表面活性剂的混合液或者有机溶剂和与石墨稀具有相似表面能的物质的混合液是不相同的。 前述的液相剥离法制备石墨烯的方法中，所述步骤S3具体为:将干燥后的石墨加入到有机溶剂、有机溶剂和表面活性剂的混合液或者有机溶剂和与石墨烯具有相似表面能的物质的混合液中，所述混合液的浓度为O?5mmol/mL，配置成石墨浓度为0.01?1mg/mL的分散液，进行超声处理，超声功率为50W?50KW，超声时间为30分钟?18小时；然后抽滤，真空烘箱干燥5?12小时；其中，所述表面活性剂为硬脂酸、胆酸钠、十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠、十六烷基三甲基溴化铵、聚乙二醇辛基苯基醚、聚氧乙烯硬脂酸酯、吐温、聚乙烯吡咯烷酮或者聚环氧乙烷-聚环氧丙烷-聚环氧乙烷三嵌段共聚物(P123);所述与石墨烯具有相似表面能的物质为9-蒽甲酸及其衍生物、7，7，8，8_四氰基对苯醌二甲烷、萘乙酸及其衍生物(如萘乙酸甲酯)、水杨酸及其衍生物、苯甲酸及其衍生物、酞菁及其衍生物(如酞菁铜)；所述有机溶剂为烷酮类(如N-甲基吡咯烷酮)、酰胺类(如N，N- 二甲基甲酰胺)、醚类(如甲乙醚)、酯类(如乙酸乙酯、苯乙酸甲酯等)、苯系物及其衍生物(如甲苯、氯苯等)、稠环化合物及其衍生物(如蒽、并苯)或者小分子溶剂(如四氢呋喃、二甲基亚砜等)。 前述的液相剥离法制备石墨烯的方法中，所述步骤S3具体为:将干燥后的石墨加入到6mg/mL含有硬脂酸的N-甲基吡咯烷酮溶液中，配置成石墨浓度为0.lmg/mL的分散液，进行超声处理，超声功率为250W，超声时间为6小时；抽滤，120°C真空烘箱干燥12小时。 前述的液相剥离法制备石墨烯的方法中，所述步骤S3具体为:将干燥后的石墨加入到5mg/mL含有萘乙酸甲酯的苯乙酸甲酯溶液中，配置成石墨浓度为0.lmg/mL的分散液，进行超声处理，超声功率为250W，超声时间为4小时；抽滤，120°C真空烘箱干燥12小时。 与现有技术相比，本专利技术具有以下优点: (I)增加石墨原材料的前处理，提高膨胀石墨的层间距，更有利于剥离。 (2)采用添加表面活性剂或有增加剥离效果，比如与石墨烯具有相似表面能的物质来作溶质与溶剂配合，辅助剥离，可以改善超声剥离效果，减少超声时间，使剥离的多层石墨稀更薄。 (3)采取多步剥离的方法来尽可能减少超声剥离的时间，提高超声剥离的效率；在超声剥离过程中，产物的表面能和汉森溶解度是动态的改变，第一次选用的剥离剂可能在开始时是最优的，但到后面的剥离时反而会阻碍进一步剥离，因此分步多次剥离可以在合适阶段加入最优(比如与表面张力匹配)的剥离剂，再结合适当的石墨浓度，来提高超声效率，减少超声时间。 (4)由于整个制备过程没有氧化还原反应，没有引进杂质，缺陷集中在边缘，而中间没有，因此生成的石墨烯质量高。 (5)超声结束后得到的产物都本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种液相剥离法制备石墨烯的方法，其特征在于，包括以下步骤：S1，利用膨胀法对石墨原材料进行膨胀处理；S2，将膨胀后的石墨分散在含有表面活性剂的水溶液中，进行超声处理，再离心、干燥，备用；S3，将干燥后的石墨加入到有机溶剂、有机溶剂和表面活性剂的混合液或者有机溶剂和与石墨烯具有相似表面能的物质的混合液中，进行超声处理，再抽滤、干燥，重复步骤S31～10次，得到石墨烯。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：高慧俐，涂铭旌，陈锐强，
申请(专利权)人：深圳市铭晶科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44