一种激光诱导包覆石墨烯材料的制备方法及应用技术

本发明专利技术提供一种激光诱导包覆石墨烯材料的制备方法及应用，该方法通过含碳前体材料对目标包覆基底材料的包覆，利用激光诱导使表面的含碳前体材料还原转化为石墨烯，从而制备得到相应的激光诱导包覆石墨烯材料，方法包括含碳前体材料及包覆基底材料的选取和确定，含碳前体材料对包覆基底材料的包覆处理以及激光诱导包覆基底材料表面的含碳前体材料还原生成石墨烯。本发明专利技术能够实现对各类型材料的石墨烯包覆及复合，显著增强基底材料的综合性能，具有包覆工艺简便、包覆成本低、包覆效果及性能优异的特点，能适用于石墨烯包覆类材料的制备和生产，所制备的激光诱导包覆石墨烯材料能够应用于石油、化工、冶金、能源、环保、建筑、机械等重要领域。械等重要领域。械等重要领域。

【技术实现步骤摘要】
一种激光诱导包覆石墨烯材料的制备方法及应用


[0001]本专利技术涉及石墨烯材料加工
，具体涉及一种激光诱导包覆石墨烯材料的制备方法及应用。

技术介绍

[0002]材料作为工程、制造等领域的基础，关键材料使用性能的优劣密切影响着先进
的发展，因此，对先进高性能材料研究成为当今的一种重要课题。目前，对使用材料的性能优化可采用以下三种途径：(1)优化制备工艺提升材料自身性能；(2)更换或研发具备更高性能的材料；(3)添加高性能材料，提升和优化基底材料性能。
[0003]其中，采用添加高性能材料对基底材料进行包覆，从而提升基底材料的综合使用性能，具有工艺过程简便，研发成本较低等优势，是目前一种常见的材料性能优化方法。因此，高性能包覆材料以及包覆工艺是制备高性能材料的关键。石墨烯作为一种单层蜂窝状晶格结构的新二维材料，其具有优异的光学、电学、力学、热学特性，可广泛用作一种高性能的包覆材料，通过石墨烯对基底材料的包覆及复合能够显著提升材料的综合使用性能。而本申请的专利技术人经过研究发现，目前主要采用石墨烯直接包覆或氧化石墨烯包覆加热还原的方法实现石墨烯对基底材料的包覆，但此类方法通常存在工艺制备流程繁琐、制备时间长等问题，且容易出现包覆层材料剥离的现象。

技术实现思路

[0004]针对现有技术中采用石墨烯直接包覆或氧化石墨烯包覆加热还原的方法实现石墨烯对基底材料的包覆，通常存在工艺制备流程繁琐、制备时间长且容易出现包覆层材料剥离现象的技术问题，本专利技术提供一种激光诱导包覆石墨烯材料的制备方法，该方法通过含碳前体材料对目标包覆基底材料的预包覆，利用激光诱导包覆表面的含碳前体材料还原生成石墨烯，从而在基底材料表面形成石墨烯，实现石墨烯对基底材料的包覆效果，显著优化和提升基底材料的综合使用性能，具有工艺流程简单、制备周期短，制备成本低及包覆性能优异的特点，能够广泛应用于各类型材料的包覆及性能优化。
[0005]为了解决上述技术问题，本专利技术采用了如下的技术方案：
[0006]一种激光诱导包覆石墨烯材料的制备方法，该方法通过含碳前体材料对目标包覆基底材料的包覆，利用激光诱导使表面的含碳前体材料还原转化为石墨烯，从而制备得到相应的激光诱导包覆石墨烯材料，所述方法包括：
[0007]含碳前体材料及包覆基底材料的选取和确定；
[0008]含碳前体材料对包覆基底材料的包覆处理；
[0009]激光诱导包覆基底材料表面的含碳前体材料还原生成石墨烯。
[0010]进一步，所述含碳前体材料选自聚合物材料、非聚合碳源材料、生物质材料中的至少一种。
[0011]进一步，所述聚合物材料包括但不限于聚酰亚胺、聚乙烯、聚丙烯，所述非聚合碳
源材料包括但不限于石墨、木炭、炭黑、煤，所述生物质材料包括但不限于富含葡萄糖、淀粉、蔗糖、纤维素、木质素在内的天然有机糖类的秸杆、树杆、壳类。
[0012]进一步，所述含碳前体材料为粉末态、液态或制备的分散液。
[0013]进一步，所述包覆基底材料选自红外发光材料、电池材料、隐身材料、结构增强材料中的至少一种。
[0014]进一步，所述红外发光材料包括但不限于CuFe2O4、MgAl2O4、ZnGa2O4、镓锗酸盐，所述电池材料包括但不限于MnO2、CuO、LiMn2O4、LiNiO2，所述隐身材料包括但不限于Fe3O4、SiC、碳纤维，所述结构增强材料包括但不限于CaCO3、凹凸棒土、碳基增强纤维材料。
[0015]进一步，所述包覆处理采用含碳前体材料与目标包覆基底材料均匀分散混合的方式实现，或者采用含碳前体材料分散液均匀涂覆或浸渍目标包覆基底材料表面实现包覆；所述包覆处理过程中可选择性添加分散剂、纳米颗粒材料、量子点材料中的至少一种，所述分散剂包括但不限于聚丙烯酸、聚丙烯酸钠、聚乙烯醇、聚丙烯酰胺，所述纳米颗粒材料包括但不限于Au、Ag、Cu、TiO2，所述量子点材料包括但不限于石墨烯量子点、氧化石墨烯量子点、石墨量子点。
[0016]进一步，所述激光诱导前还包括对含碳前体材料预包覆材料进行碳化处理，得到表面碳化的包覆材料；所述碳化处理具体为采用加热方式将预包覆材料表面的含碳前体材料碳化，所述加热方式包括但不限于激光照射加热、微波辐射加热、红外线加热、感应加热、电阻加热。
[0017]进一步，所述激光采用波长为200～400nm的紫外光、波长为400～760nm的可见光或者波长为760～14000nm的红外光。
[0018]进一步，所述激光为连续激光或脉冲激光，所述脉冲激光为包括毫秒、微秒、纳秒在内的短脉冲激光，或者为包括皮秒、飞秒在内的超短脉冲激光。
[0019]进一步，所述激光诱导采用扫描加工、焦点位置加工或离焦位置加工的方式实现，所述扫描加工为单次连续扫描或多次循环扫描。
[0020]本专利技术还提供一种根据上述激光诱导包覆石墨烯材料的制备方法制备的复合材料在塑料、橡胶、涂料等原材料的优化改性，以及土壤、垃圾、水质等改良净化处理中的应用。
[0021]进一步，所述复合材料为激光诱导包覆石墨烯
‑
CaCO3复合材料，该复合材料表面包覆石墨烯，目标包覆基底材料为CaCO3微米或纳米颗粒，该复合材料可用作填充剂或强化剂等，应用于日化、食品、医药、建筑材料等领域，实现对材料的性能优化及强化作用，同时增强材料的稳定性。
[0022]进一步，所述复合材料为激光诱导包覆石墨烯
‑
凹凸棒土复合材料，该复合材料表面包覆石墨烯，目标包覆基底材料为凹凸棒土，该复合材料可用作粘结剂、吸附剂、添加剂或增塑剂等，应用于化工、石油、冶金、食品、纺织、环保、建筑工业、机械工业等领域，并具有土壤改良、水质净化、废料处理等特殊作用。
[0023]与现有技术相比，本专利技术提供的激光诱导包覆石墨烯材料的制备方法具有以下优点：一方面通过含碳前体材料对目标包覆基底材料的预包覆，无需用石墨烯或氧化石墨烯作为包覆原材料，因而包覆原材料的选择性大且成本低；另一方面利用激光扫描加工诱导包覆基底材料表面的含碳前体材料还原生成石墨烯，实现对含碳前体材料的快速还原，具
备激光加工速度快，效果高的优势，制备周期短；同时，整个制备过程工艺流程简单，适用于各种类型基底材料的包覆及复合，且制备的激光诱导包覆石墨烯材料的包覆效果优异，能够广泛应用于食品、纺织、石油、冶金、环保、建筑工业、机械工业等领域。
附图说明
[0024]图1是本专利技术提供的激光诱导包覆石墨烯材料的制备方法流程示意图。
[0025]图2a是本专利技术提供的含碳前体材料与包覆基底材料预包覆方式中的涂覆法示意图。
[0026]图2b是本专利技术提供的含碳前体材料与包覆基底材料预包覆方式中的浸渍法示意图。
[0027]图2c是本专利技术提供的含碳前体材料与包覆基底材料预包覆方式中的混合法示意图。
[0028]图3是本专利技术提供的石墨烯和包覆基底材料包覆的结构示意图。
具体实施方式
[本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种激光诱导包覆石墨烯材料的制备方法，其特征在于，该方法通过含碳前体材料对目标包覆基底材料的包覆，利用激光诱导使表面的含碳前体材料还原转化为石墨烯，从而制备得到相应的激光诱导包覆石墨烯材料，所述方法包括：含碳前体材料及包覆基底材料的选取和确定；含碳前体材料对包覆基底材料的包覆处理；激光诱导包覆基底材料表面的含碳前体材料还原生成石墨烯。2.根据权利要求1所述的激光诱导包覆石墨烯材料的制备方法，其特征在于，所述含碳前体材料选自聚合物材料、非聚合碳源材料、生物质材料中的至少一种。3.根据权利要求2所述的激光诱导包覆石墨烯材料的制备方法，其特征在于，所述聚合物材料包括但不限于聚酰亚胺、聚乙烯、聚丙烯，所述非聚合碳源材料包括但不限于石墨、木炭、炭黑、煤，所述生物质材料包括但不限于富含葡萄糖、淀粉、蔗糖、纤维素、木质素在内的天然有机糖类的秸杆、树杆、壳类。4.根据权利要求1所述的激光诱导包覆石墨烯材料的制备方法，其特征在于，所述包覆基底材料选自红外发光材料、电池材料、隐身材料、结构增强材料中的至少一种。5.根据权利要求4所述的激光诱导包覆石墨烯材料的制备方法，其特征在于，所述红外发光材料包括但不限于CuFe2O4、MgAl2O4、ZnGa2O4、镓锗酸盐，所述电池材料包括但不限于MnO2、CuO、LiMn2O4、LiNiO2，所述隐身材料包括但不限于Fe3O4、SiC、碳纤维，所述结构增强材料包括但不限于CaCO3、凹凸棒土、碳基增强纤维材料。6.根据权利要求1所述的激光诱导包覆石墨烯材料的制备方法...

【专利技术属性】
技术研发人员：曾和平，杨川，胡梦云，
申请(专利权)人：上海朗研光电科技有限公司云南华谱量子材料有限公司华东师范大学，
类型：发明
国别省市：