一种氧化石墨烯纳米材料的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种氧化石墨烯纳米材料的制备方法，包括：S1、将GO粉末在去离子水中进行第一预设时间的超声处理，得到GO水溶液；S2、取第一预设体积的GO水溶液放入圆底烧瓶中，向圆底烧瓶中缓慢加入第二预设体积的丁醇，静置10分钟；S3、通过石英管从圆底烧瓶底部缓慢通入氮气或二氧化碳，同时进行第二预设时间的恒温水浴，静置2小时；S4、通过玻璃吸管从圆底烧瓶底部吸出第三预设体积的下层液体；S5、持续摇晃圆底烧瓶5分钟，将圆底烧瓶中的液体转移至烧杯中。本发明专利技术所提供的制备方法，可以实现GO二维纳米材料表面修饰二氧化钛材料。在修饰工艺过程中GO不易发生聚沉现象，不会形成多层GO，抑制大量的二氧化钛单体颗粒的生成。

Preparation of graphene oxide nanomaterials

The invention discloses a preparation method of graphene oxide nanomaterials, including: S1, ultrasonic treatment of GO powder in deionized water for the first preset time to obtain GO aqueous solution; S2, taking GO aqueous solution of the first preset volume into a round bottom flask, slowly adding butanol of the second preset volume into the round bottom flask; Static for 10 minutes; S3, through the quartz tube from the bottom of the round-bottom flask slowly into nitrogen or carbon dioxide, while the second preset time of constant temperature water bath, static for 2 hours; S4, through the glass suction tube from the bottom of the round-bottom flask to suck out the third preset volume of the lower liquid; S5, continue shaking the round-bottom flask for 5 minutes, the round-bottom flask will be shaken. The liquid is transferred to the beaker. The preparation method provided by the invention can realize surface modification of GO two-dimensional nano-material titanium dioxide material. In the process of modification, GO is not easy to agglomerate and precipitate, and does not form multi-layer GO, which inhibits the formation of a large number of titanium dioxide monomer particles.

【技术实现步骤摘要】
一种氧化石墨烯纳米材料的制备方法
本专利技术涉及纳米材料
，具体涉及一种氧化石墨烯纳米材料的制备方法。
技术介绍
优良的力学性能是一种材料开展工程应用的基础与前提。陶瓷材料的脆性问题严重制约其应用：由于陶瓷材料具有离子键或共价键的多晶结构特性，缺乏能促使材料变形的滑移系统，使陶瓷材料受载后容易产生裂纹，降低材料使用寿命及稳定性。石墨烯的氧化物-氧化石墨烯(GO)，作为二维碳纳米材料，具有高比表面积、优异的力学及摩擦学性能，是强度和韧性非常高的材料之一，同时其二维形状特征使其与陶瓷基体接触面积大、利于传递应力，提高陶瓷的断裂韧性，改善其脆性特质。因此，GO是增韧陶瓷复合材料理想的增韧相。以Al2O3陶瓷为例，一般可将GO粉体和Al2O3粉体球磨共混，并加热加压进行烧结，制备GO增韧的Al2O3陶瓷材料。在Al2O3陶瓷材料中添加GO增韧材料虽起到一定的增韧作用，但相比于GO的高强韧性来说，这种简单地在陶瓷粉体中添加GO的增韧效果并不理想。就目前GO增韧Al2O3陶瓷的现状，发挥石墨烯类材料韧性强的需进一步的研究和开发。陶瓷烧结时，固体粉料受热受压，粉体材料发生变形、流动，形成陶瓷块体。但是，GO与Al2O3陶瓷基体相接触的界面为异性材料，两种材料浸润性差。它们之间材料的流动性差，容易留下气体，使陶瓷烧结后内部形成很多气孔；并且，在受力时，应力从Al2O3陶瓷基体相传递到GO相时，由于两相间粘结力很弱，不容易传递应力，使GO强大的韧性得不到有效发挥，反而容易在两相界面间萌生裂纹。GO分子表面少许的二氧化钛材料作为过渡层，一方面同GO具有较好的贴合性和界面结合强度；另一方面，二氧化钛材料与Al2O3陶瓷材料具有较好的浸润性(因此，二氧化钛常用于Al2O3陶瓷的添加剂)，在烧结时Al2O3陶瓷与二氧化钛材料间分子流动性大，利于排气，形成较好的界面层。因此，GO表面修饰二氧化钛，可增强GO材料与Al2O3陶瓷基体相之间的浸润性，为制备增韧效果更好的GO增韧Al2O3陶瓷材料提供坚实基础。现有GO表面吸附二氧化钛材料的方法多用于光学、催化等领域。不同于上述应用领域，用于GO增韧Al2O3陶瓷时，有其特殊的要求：为使GO均匀分散于陶瓷基体中，GO表面改性时不能发生GO纳米材料的团聚现象。现有技术方法有如下缺点：(1)GO在表面修饰工艺过程中容易发生聚沉。聚沉是一种化学现象，指向胶体中加入电解质溶液时，加入的阳离子(或阴离子)中和了胶体粒子所带的的电荷，使胶体粒子聚集成较大颗粒，从而形成沉淀从分散剂里析出。GO最好的分散溶剂是水，在水中加入钛盐后使钛离子吸附在GO表面，干燥后氧化处理获得GO表面修饰二氧化钛材料。但是，上述方法会引入高价阳离子Ti4+，而GO在水中吸附OH-而带负电，Ti4+使GO在水中迅速发生聚沉，形成宏观絮状团聚，无法获得理想的纳米级片状GO材料，不易用于增韧Al2O3陶瓷。(2)GO在其他溶剂中分散性不好。为避免GO聚沉问题，一些研究采用有机溶剂分散GO，再引入钛的有机盐，最常见的为TBT——钛酸四丁酯。TBT发生水解在溶液中产生钛离子或氢氧化钛(Ti(OH)4)，与GO一起干燥，加热氧化，形成GO和二氧化钛的混合物。但GO在有机溶剂中分散性不好，一般存在形态为多层GO(10层以上)甚至为氧化石墨。形成的是二氧化钛改性的多层GO，多层GO之间仅靠范德华力吸引。这种材料在陶瓷中作为增韧相，受力时多层GO间容易发生分离、串动，产生裂纹，降低陶瓷断裂韧性。
技术实现思路
针对现有技术中存在的缺陷，本专利技术的目的在于提供一种氧化石墨烯纳米材料的制备方法，可以实现GO二维纳米材料表面修饰二氧化钛材料。在修饰工艺过程中GO不易发生聚沉现象，不会形成多层GO(10层以上甚至氧化石墨)，抑制大量的二氧化钛单体颗粒的生成。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：一种氧化石墨烯纳米材料的制备方法，包括：S1、将GO粉末在去离子水中进行第一预设时间的超声处理，得到GO水溶液；S2、取第一预设体积的所述GO水溶液放入圆底烧瓶中，向所述圆底烧瓶中缓慢加入第二预设体积的丁醇，静置10分钟；S3、通过石英管从所述圆底烧瓶底部缓慢通入氮气或二氧化碳，同时进行第二预设时间的恒温水浴，静置2小时；S4、通过玻璃吸管从所述圆底烧瓶底部吸出第三预设体积的下层液体；S5、持续摇晃所述圆底烧瓶5分钟，将所述圆底烧瓶中的液体转移至烧杯中，静置5分钟；S6、配制钛酸四丁酯和无水乙醇的混合溶液；S7、通过玻璃滴管将所述混合溶液缓慢滴入所述烧杯中，同时通过玻璃棒在所述烧杯内持续搅拌；S8、对所述烧杯中的物质进行离心洗涤，在第一预设温度下对离心洗涤后所剩的沉淀物进行第三预设时间的干燥处理；S9、将干燥处理后得到的粉末在空气环境下进行第四预设时间的加热处理，得到表面修饰有二氧化钛的GO纳米材料。进一步，如上所述的一种氧化石墨烯纳米材料的制备方法，步骤S1中，所述第一预设时间为30分钟，所述GO水溶液中GO的含量为0.5-2mg/mL。进一步，如上所述的一种氧化石墨烯纳米材料的制备方法，步骤S2中，所述第一预设体积为300-500mL，所述第二预设体积为200mL，所述圆底烧瓶的容量为1000mL。进一步，如上所述的一种氧化石墨烯纳米材料的制备方法，步骤S3中，所述第二预设时间为2小时，恒温水浴的温度为50-80℃。进一步，如上所述的一种氧化石墨烯纳米材料的制备方法，步骤S4中，所述第三预设体积＝所述第一预设体积-V，V为15-45mL。进一步，如上所述的一种氧化石墨烯纳米材料的制备方法，步骤S6中，所述混合溶液中钛酸四丁酯与无水乙醇的体积比为1:4-1:20，所述混合溶液中钛酸四丁酯的含量为0.2-1.2mg/mL。进一步，如上所述的一种氧化石墨烯纳米材料的制备方法，步骤S8中，所述第一预设温度为80℃，所述第三预设时间为24-48小时，离心洗涤的转速为3000-6000r/min。进一步，如上所述的一种氧化石墨烯纳米材料的制备方法，步骤S9中，所述第四预设时间为30-45分钟，加热温度为120-300℃。本专利技术的有益效果在于：本专利技术所提供的制备方法，可以实现GO二维纳米材料表面修饰二氧化钛材料。在修饰工艺过程中GO不易发生聚沉现象，不会形成多层GO(10层以上甚至氧化石墨)，抑制大量的二氧化钛单体颗粒的生成。1、将不互溶的丁醇和水混合，在丁醇中形成大量“水+GO”的微滴。由于丁醇微溶于水，靠GO的两亲性，使水吸附在GO分子表面，部分溶于丁醇溶液。一般GO在醇溶液中不易分散，会以多层GO或氧化石墨的形式存在于醇溶液中，通过步骤S1-S5实现单层或少层GO在丁醇中的分散。2、实现TBT在GO分子表面缓慢水解。TBT水解生成二氧化钛(在溶液中一般为Ti(OH)4)为应用最广泛的制备纳米二氧化钛方法，但TBT遇水迅速水解，在水系溶液中不易粘附于GO表面。经本技术方案的处理(步骤(1～4))，在丁醇中形成大量“水+GO”的微滴。由于丁醇微溶于水，靠GO的两亲性，使水吸附在GO分子表面，部分溶于丁醇溶液。在丁醇溶液中，只有GO分子附近能提供TBT水解反应所需的水分子，TBT水解发生在GO分子附近，二氧化钛前驱体粘附在GO分子表面。附图说明图1为本发本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种氧化石墨烯纳米材料的制备方法，其特征在于，包括：S1、将GO粉末在去离子水中进行第一预设时间的超声处理，得到GO水溶液；S2、取第一预设体积的所述GO水溶液放入圆底烧瓶中，向所述圆底烧瓶中缓慢加入第二预设体积的丁醇，静置10分钟；S3、通过石英管从所述圆底烧瓶底部缓慢通入氮气或二氧化碳，同时进行第二预设时间的恒温水浴，静置2小时；S4、通过玻璃吸管从所述圆底烧瓶底部吸出第三预设体积的下层液体；S5、持续摇晃所述圆底烧瓶5分钟，将所述圆底烧瓶中的液体转移至烧杯中，静置5分钟；S6、配制钛酸四丁酯和无水乙醇的混合溶液；S7、通过玻璃滴管将所述混合溶液缓慢滴入所述烧杯中，同时通过玻璃棒在所述烧杯内持续搅拌；S8、对所述烧杯中的物质进行离心洗涤，在第一预设温度下对离心洗涤后所剩的沉淀物进行第三预设时间的干燥处理；S9、将干燥处理后得到的粉末在空气环境下进行第四预设时间的加热处理，得到表面修饰有二氧化钛的GO纳米材料。

【技术特征摘要】
1.一种氧化石墨烯纳米材料的制备方法，其特征在于，包括：S1、将GO粉末在去离子水中进行第一预设时间的超声处理，得到GO水溶液；S2、取第一预设体积的所述GO水溶液放入圆底烧瓶中，向所述圆底烧瓶中缓慢加入第二预设体积的丁醇，静置10分钟；S3、通过石英管从所述圆底烧瓶底部缓慢通入氮气或二氧化碳，同时进行第二预设时间的恒温水浴，静置2小时；S4、通过玻璃吸管从所述圆底烧瓶底部吸出第三预设体积的下层液体；S5、持续摇晃所述圆底烧瓶5分钟，将所述圆底烧瓶中的液体转移至烧杯中，静置5分钟；S6、配制钛酸四丁酯和无水乙醇的混合溶液；S7、通过玻璃滴管将所述混合溶液缓慢滴入所述烧杯中，同时通过玻璃棒在所述烧杯内持续搅拌；S8、对所述烧杯中的物质进行离心洗涤，在第一预设温度下对离心洗涤后所剩的沉淀物进行第三预设时间的干燥处理；S9、将干燥处理后得到的粉末在空气环境下进行第四预设时间的加热处理，得到表面修饰有二氧化钛的GO纳米材料。2.根据权利要求1所述的一种氧化石墨烯纳米材料的制备方法，其特征在于，步骤S1中，所述第一预设时间为30分钟，所述GO水溶液中GO的含量为0.5-2mg/mL。3....

【专利技术属性】
技术研发人员：李鹏飞，陈洪月，吕进国，
申请(专利权)人：辽宁工程技术大学，
类型：发明
国别省市：辽宁,21