一种提高石墨烯分散性能的方法技术

本发明专利技术属于石墨烯材料技术领域，具体涉及一种提高石墨烯分散性能的方法。本发明专利技术提供的提高石墨烯分散性能的方法，包括将经N,N‑二甲基甲酰胺溶剂超声处理所得石墨烯/DMF混合物过滤后得表面功能化的石墨烯，将上述表面功能化的石墨烯超声水浴分散在去离子水中，加入表面活性剂和维生素C，得混合液，将上述混合液混合均匀，离心，收集上层液体，得分散液，将上述分散液置于装有恒流泵的三口烧瓶中，升温至90‑100℃，加入水合肼和维生素C，恒速磁力搅拌下反应1.5‑3h，冷却至室温。本发明专利技术提供的提高石墨烯分散性能的方法能够使石墨烯在水中均匀分散，且分散效率高，分散稳定性高，而且能够满足工业化制备的要求。

【技术实现步骤摘要】
一种提高石墨烯分散性能的方法
本专利技术属于石墨烯材料
，具体涉及一种提高石墨烯分散性能的方法。
技术介绍
完美的石墨烯是由碳原子经sp2杂化成键形成的稳定二维平面结构，如此惰性的表面结构给单片石墨烯的稳定存在及其在其它溶剂中的分散带来难题，由此而限制了石墨烯及石墨烯基复合材料的研究开发与应用。要想实现石墨烯广泛应用，首先要解决的问题就是石墨烯的分散稳定性。对于如何改善石墨烯的分散性问题，有大量的科研人员在这方面作了一系列研究，其方法主要集中在对石墨烯的表面改性、引入外来分子如负载纳米粒子、加入表面活性剂分子、引入高分子以及掺杂芳香族大分子等，也有利用还原的氧化石墨烯面内或边缘含氧官能团的静电排斥作用以减弱片层间的范德华力来达到稳定分散的目的。石墨烯可通过共价键功能化和非共价键功能化两种途径进行改性，在这些方面已取得了很大进展。共价键功能化通过控制其它反应物与石墨烯形成稳定的共价键而赋予其许多优异的性质，但是也会不可避免的破坏石墨烯原有的结构特征，使其本征性能受到不同程度的影响。而非共价键功能化，修饰分子通过π-π相互作用、氢键等作用与石墨烯结合在一起，在满足提高石墨烯分散性能的前提下，对其结构破坏程度相对微弱，因而能较好的保持石墨烯的固有性能，提高石墨烯的分散性能。中国专利申请CN106115668A公开了一种石墨烯的分散方法及石墨烯复合材料，包括以下步骤，使硬质材料颗粒处于振动流化且不规则运动状态，将氧化石墨烯溶液均匀喷洒在硬质材料颗粒表面，得到均匀分散的石墨烯复合材料。该专利技术虽然能够解决石墨烯易团聚的问题，能够保证石墨烯的均匀分散，但是，其得到的是一种石墨烯复合材料，包括硬质材料颗粒及其表面均匀分散复合的石墨烯层，也就是说该方法不能使石墨烯均匀地分散在水性分散体系中。中国专利申请CN106902701A公开了一种石墨烯分散剂，所述石墨烯分散剂由以下质量份数的组分组成：N-甲基吡咯烷酮1-3份，十六烷基苯磺酸钠1-4份，十二烷基苯磺酸钠1-4份，聚乙烯吡咯烷酮1-3份，木质素磺酸钠1-4份，胆酸钠1-4份，十六烷基三甲基溴化铵1-2份，聚氧乙烯月桂醚1-3份，吐温801-3份，聚乙二醇对异辛基苯基醚1-3份，赖氨酸1-4份，聚乙烯醇1-3份(分子量大于20000)，聚丙烯酰胺1-3份，聚丙烯酸1-3份，聚甲基丙烯酸1-3份，聚氧化乙烯1-4份。该专利技术的石墨烯分散剂虽然能够迅速分散石墨烯且长时间不团聚，但是，其所用分散剂种类繁多，会对石墨烯的性能造成一定影响。因此，现有技术中仍缺少一种能够在水中均匀分散石墨烯且分散效率高、分散稳定性高、对石墨烯结构破坏较小的方法，来解决石墨烯易团聚的问题，而且能够满足工业化制备的要求。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种提高石墨烯分散性能的方法。本专利技术提供的提高石墨烯分散性能的方法能够使石墨烯在水中均匀分散，且分散效率高，分散稳定性高，而且能够满足工业化制备的要求。本专利技术的技术方案是：一种提高石墨烯分散性能的方法，包括以下步骤：S1将石墨烯加入到容器中，加入N,N-二甲基甲酰胺，N,N-二甲基甲酰胺的加入量为石墨烯质量的28-32倍，混合均匀，将容器密封，用超声细胞粉碎机超声，超声频率为23-25kHz，超声时间与间歇时间分别为3s和2s，为了使分散液的温度低于30℃，对容器釆取冰浴处理，得石墨烯/DMF混合物，过滤，得表面功能化的石墨烯；S2将步骤S1所得表面功能化的石墨烯，通过超声水浴分散在去离子水中，超声功率为300-500W、超声时间为15-25min，使溶液中表面功能化的石墨烯的含量为1mg/mL，加入表面活性剂和维生素C，得混合液；S3用超声波细胞探针粉碎仪使步骤S2所得混合液混合均匀，离心，离心速度为2000-3000r/min，离心时间为15-20min，收集上层液体，得分散液；S4将步骤S3所得分散液置于装有恒流泵的三口烧瓶中，升温至90-100℃，加入水合肼和维生素C，恒速磁力搅拌下反应1.5-3h，冷却至室温。优选地，所述步骤S2所述表面活性剂由二甲基二烯丙基氯化铵-苯乙烯-丙烯酰胺共聚物和胆酸钠按质量比10-14:1-3组成。更加优选地，所述步骤S2所述表面活性剂由二甲基二烯丙基氯化铵-苯乙烯-丙烯酰胺共聚物和胆酸钠按质量比13:2组成。优选地，所述步骤S2表面活性剂和维生素C的质量比为20-25:2-5。更加优选地，所述步骤S2表面活性剂和维生素C的质量比为23:4。优选地，所述步骤S4水合肼和维生素C的质量比为2-5:7-10。更加优选地，所述步骤S4水合肼和维生素C的质量比为3:8。本专利技术首先通过基于π-π相互作用机理的非共价键功能化方法，对石墨烯进行表面功能化，然后再结合表面活性剂，使得水性分散体系中石墨烯的浓度较高。本专利技术对石墨烯进行表面功能化时，获得较好的亲水性的同时最大程度地保持了较高的导电率；表面功能化和表面活性剂二者能形成一个较好的组合，从而在采用该组合技术之后的水性分散体系中石墨烯达到较好的效果。本专利技术中由二甲基二烯丙基氯化铵-苯乙烯-丙烯酰胺共聚物和胆酸钠按一定质量比组成的表面活性剂分子具有双亲性，在溶液表面能定向排列，它的分子结构中一端为亲水基团，一端为憎水基团。表面活性剂与石墨烯结合时，它的憎水基团与石墨烯会通过疏水作用相结合，另一端暴露在外面与水亲和，因此石墨烯就会通过与表面活性剂的结合而很好地分散于水中。与现有技术相比，本专利技术具有以下优势：(1)本专利技术提供的提高石墨烯分散性能的方法能够使石墨烯在水中均匀分散，且分散效率高，分散稳定性高，解决了石墨烯易团聚的问题。(2)本专利技术提供的提高石墨烯分散性能的方法对石墨烯结构破坏较小、尽量保持石墨烯的导电性能。(3)本专利技术提供的提高石墨烯分散性能的方法操作简单，成本低，对工艺设备的要求低，易于工业化实施。具体实施方式以下通过具体实施方式的描述对本专利技术作进一步说明，但这并非是对本专利技术的限制，本领域技术人员根据本专利技术的基本思想，可以做出各种修改或改进，但是只要不脱离本专利技术的基本思想，均在本专利技术的范围之内。实施例1、一种提高石墨烯分散性能的方法所述提高石墨烯分散性能的方法，包括以下步骤：S1将石墨烯加入到容器中，加入N,N-二甲基甲酰胺，N,N-二甲基甲酰胺的加入量为石墨烯质量的28倍，混合均匀，将容器密封，用超声细胞粉碎机超声，超声频率为23kHz，超声时间与间歇时间分别为3s和2s，为了使分散液的温度低于30℃，对容器釆取冰浴处理，得石墨烯/DMF混合物，过滤，得表面功能化的石墨烯；S2将步骤S1所得表面功能化的石墨烯，通过超声水浴分散在去离子水中，超声功率为300W、超声时间为15min，使溶液中表面功能化的石墨烯的含量为1mg/mL，加入表面活性剂和维生素C，上述表面活性剂由二甲基二烯丙基氯化铵-苯乙烯-丙烯酰胺共聚物和胆酸钠按质量比10:3组成，上述表面活性剂和维生素C的质量比为20:5，得混合液；S3用超声波细胞探针粉碎仪使步骤S2所得混合液混合均匀，离心，离心速度为2000r/min，离心时间为15min，收集上层液体，得分散液；S4将步骤S3所得分散液置于装有恒流泵的三口烧瓶中，升温至90℃，加入水合肼和维生素C，上述水合肼和维本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种提高石墨烯分散性能的方法，其特征在于，包括以下步骤：S1将石墨烯加入到容器中，加入N,N‑二甲基甲酰胺，N,N‑二甲基甲酰胺的加入量为石墨烯质量的28‑32倍，混合均匀，将容器密封，用超声细胞粉碎机超声，超声频率为23‑25kHz，超声时间与间歇时间分别为3s和2s，为了使分散液的温度低于30℃，对容器釆取冰浴处理，得石墨烯/DMF混合物，过滤，得表面功能化的石墨烯；S2将步骤S1所得表面功能化的石墨烯，通过超声水浴分散在去离子水中，超声功率为300‑500W、超声时间为15‑25min，使溶液中表面功能化的石墨烯的含量为1mg/mL，加入表面活性剂和维生素C，得混合液；S3用超声波细胞探针粉碎仪使步骤S2所得混合液混合均匀，离心，离心速度为2000‑3000r/min，离心时间为15‑20min，收集上层液体，得分散液；S4将步骤S3所得分散液置于装有恒流泵的三口烧瓶中，升温至90‑100℃，加入水合肼和维生素C，恒速磁力搅拌下反应1.5‑3h，冷却至室温。

【技术特征摘要】
1.一种提高石墨烯分散性能的方法，其特征在于，包括以下步骤：S1将石墨烯加入到容器中，加入N,N-二甲基甲酰胺，N,N-二甲基甲酰胺的加入量为石墨烯质量的28-32倍，混合均匀，将容器密封，用超声细胞粉碎机超声，超声频率为23-25kHz，超声时间与间歇时间分别为3s和2s，为了使分散液的温度低于30℃，对容器釆取冰浴处理，得石墨烯/DMF混合物，过滤，得表面功能化的石墨烯；S2将步骤S1所得表面功能化的石墨烯，通过超声水浴分散在去离子水中，超声功率为300-500W、超声时间为15-25min，使溶液中表面功能化的石墨烯的含量为1mg/mL，加入表面活性剂和维生素C，得混合液；S3用超声波细胞探针粉碎仪使步骤S2所得混合液混合均匀，离心，离心速度为2000-3000r/min，离心时间为15-20min，收集上层液体，得分散液；S4将步骤S3所得分散液置于装有恒流泵的三口烧瓶中，升温至90-100℃，加入水合肼和维生素C...

【专利技术属性】
技术研发人员：曾深，王飞蓉，王伯杰，许名飞，曾立平，
申请(专利权)人：深圳名飞远科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44