一种石墨烯分散液的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种石墨烯分散液的制备方法。该方法包括步骤：提供羧基化石墨烯，所述羧基化石墨烯指的是石墨烯的边缘具有羧基；将所述羧基化石墨烯进行氨基改性处理，使氨基替代石墨烯边缘的部分羧基，得到氨基化石墨烯；将所述氨基化石墨烯溶于水中后，与氧化石墨烯溶液混合，并调整pH，得到石墨烯分散液。本发明专利技术提供了一种稳定性好、低成本、无污染的石墨烯分散液的制备方法，首先使石墨烯边缘带上羧基，得到羧基化石墨烯，之后氨基改性处理，使氨基替代石墨烯边缘的部分羧基，形成氨基化石墨烯。将氨基化石墨烯溶于水中，通过添加氧化石墨烯溶液与调节溶液pH值，可以控制石墨烯分散液的分散均匀度，同时可以调整石墨烯分散液的浓度。浓度。浓度。

【技术实现步骤摘要】
一种石墨烯分散液的制备方法


[0001]本专利技术涉及石墨烯
，尤其涉及一种石墨烯分散液的制备方法。

技术介绍

[0002]富勒烯和碳纳米管具有优异的电学性能、力学性能和溶液分散性，最近30年这些碳的同素异形体吸引了大量的关注。1985年Kroto等人发现了0D的富勒烯，引发了人们对纳米碳材料的极大兴趣。1D碳纳米管的出现进一步激发了人们研究碳基纳米材料的激情。石墨烯被认为是富勒烯和碳纳米管的基本结构单元，但是直到2004年才被Geim等人发现，引起人们的广泛关注。
[0003]石墨烯是二维平面结构，碳原子按照六方晶格规律有序排布，呈蜂窝状。石墨烯上两个碳原子间距离为1.42A，碳原子的成键方式为sp2杂化，相邻碳原子之间的sp2轨道相结合形成s键，剩余的p轨道相互叠加，最终形成大π共扼体系。
[0004]石墨烯这么晚才被发现的部分原因是石墨烯只有一个原子厚，过去认为这种结构不具有热力学稳定性。然而石墨烯不仅能够稳定存在，更具有优异的电学和力学性能。石墨烯室温时的载流子迁移速率高达250000cm2/(v.s)，远高于硅半导体和砷化镓。因为石墨烯具有特殊的能带结构，所以在室温下就能观察到石墨烯的量子霍尔效应。石墨烯具有很高的室温热导率，室温热导率约为5000W/m
‑
K
。石墨烯的杨氏模量约为1TPa，被誉为世界上最坚固的物质。
[0005]人们对石墨烯在电子、医药等领域的应用做出了许多乐观的预测。由于缺乏高效的大规模生产工艺，石墨烯的生产面临着一个两难的境地，必须在可扩展性和石墨烯质量之间做出妥协。液相剥离是实现高质量石墨烯或氧化石墨烯规模化生产的有效途径。液相剥离法是将石墨原料加入到有机溶剂或者含有分散剂的水中，对石墨进行超声处理，可以得到缺陷极少的单层或多层石墨烯。制备过程简单，成本低廉，制得的石墨烯质量较高。然而，由于石墨烯的分散稳定性有限，在这些过程中，纯化和分散总是需要大量的溶剂。只有极少量的石墨烯(通常<1g/ml)可以分散在普通溶剂中，而借助于分散剂或通过长时间的超声波，这一点仅略有改善。减少溶剂的用量会破坏石墨烯的分散性，并通过范德华相互作用导致石墨烯的再堆积。这意味着用这种分散方法生产1kg石墨烯至少需要1吨溶剂，这在环境上是不友好的，在经济上是不可行的。
[0006]高浓度稳定分散的石墨烯分散液有着巨大的应用前景，可以应用于复合材料的制备，以及透明导电薄膜、导电油墨等诸多领域。但石墨烯纳米片不亲水也不亲油，并由于范德华力还容易发生团聚，难以长时间稳定分散在溶液中。因此，如何制备高浓度性能稳定的石墨烯分散液成为一个亟待解决的难题。长时间高功率的超声技术剥离石墨粉能够得到石墨烯分散液，但是所得的分散液浓度很低，文献报道的最高值仅有0.3mg/ml，这大大限制了该技术的运用。常见的石墨烯包括氢化石墨烯(Pristine graphene,G)、氧化石墨烯(Graphene oxide,GO)、还原氧化石墨烯(Reduced graphene oxide,rGO)等多种类型，繁多的种类导致石墨烯分散液的制备也呈现出多样性。现阶段，解决石墨烯分散的主要方法是
对石墨烯的表面进行改性处理，比如在表面负载纳米粒子、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，使之稳定分散在溶剂中；另外，利用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，也可以达到稳定分散的目的。
[0007]目前，用于分散石墨烯的体系主要有三种：(1)表面活性剂水溶液；(2)有机溶剂；(3)超酸。然而，在水溶液中使用表面活性剂所得到的石墨烯的分散液浓度偏低，目前文献报道的最高值仅有0.3mg/ml；有机溶剂可得到较高浓度的石墨烯分散液，最高可达1.2mg/ml，但有机溶剂成本高，沸点高，且不易除去，影响石墨烯的后续应用；在超酸体系中能得到目前最高浓度的石墨烯分散液(2mg/ml)，但该体系具有强酸性，对设备要求高且操作过程不易控制，很难拓展到其他应用中。若能在水溶液体系中得到高浓度石墨烯的分散液，无疑能促进石墨烯在多领域中的广泛应用，这是石墨烯研究领域中的一个重要课题。
[0008]因此，现有技术还有待于改进和发展。

技术实现思路

[0009]鉴于上述现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种石墨烯分散液的制备方法，旨在解决现有方法存在大规模生产过于繁琐和昂贵的局限性的问题。
[0010]本专利技术解决技术问题所采用的技术方案如下：
[0011]一种石墨烯分散液的制备方法，其中，包括步骤：
[0012]提供羧基化石墨烯，所述羧基化石墨烯指的是石墨烯的边缘具有羧基；
[0013]将所述羧基化石墨烯进行氨基改性处理，使氨基替代石墨烯边缘的部分羧基，得到氨基化石墨烯；
[0014]将所述氨基化石墨烯溶于水中后，与氧化石墨烯溶液混合，并调整pH，得到石墨烯分散液。
[0015]可选地，所述羧基化石墨烯的制备方法，包括步骤：
[0016]将石墨、干冰与磨球放入球磨罐中，进行球磨，得到所述羧基化石墨烯。
[0017]可选地，所述将石墨、干冰与磨球放入球磨罐中的步骤中，所述石墨与干冰的质量比为5:100至5:1000。
[0018]可选地，所述球磨的工艺参数：设置球磨罐的转速为200
‑
1000r/min，球磨时间为10
‑
48h。
[0019]可选地，得到所述羧基化石墨烯之后，还包括步骤：将所述羧基化石墨烯加入到酸中进行酸洗。
[0020]可选地，所述将所述羧基化石墨烯进行氨基改性处理，使氨基替代石墨烯边缘的部分羧基的方法，包括步骤：将所述羧基化石墨烯、乙二醇和氨水混合，在100
‑
180℃下进行水热反应1
‑
18h。
[0021]可选地，按重量份计，所述羧基化石墨烯1
‑
99份、乙二醇10
‑
70份和氨水5
‑
50份。
[0022]可选地，所述氨基化石墨烯与氧化石墨烯的质量比为1:1至100:1。
[0023]可选地，所述调整pH至4
‑
13。
[0024]可选地，所述石墨烯分散液的质量浓度为1
‑
50％。
[0025]有益效果：本专利技术提供了一种稳定性好、低成本、无污染的石墨烯分散液的制备方法，首先使石墨烯边缘带上羧基，得到羧基化石墨烯，之后对羧基化石墨烯进行氨基改性处
理，使氨基替代石墨烯边缘的部分羧基，形成氨基化石墨烯。将生产的氨基化石墨烯(NG)溶于水中，通过添加氧化石墨烯(GO)溶液与调节溶液pH值，可以控制石墨烯分散液的分散均匀度，同时可以调整石墨烯分散液的浓度。本专利技术制备得到的石墨烯分散液具有超高稳定性，并保持较高的导电性。
附图说明
[0026]图1是羧基化石墨烯经氨基改性形成氨基化石墨烯的机理图；
[0027]图2是本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种石墨烯分散液的制备方法，其特征在于，包括步骤：提供羧基化石墨烯，所述羧基化石墨烯指的是石墨烯的边缘具有羧基；将所述羧基化石墨烯进行氨基改性处理，使氨基替代石墨烯边缘的部分羧基，得到氨基化石墨烯；将所述氨基化石墨烯溶于水中后，与氧化石墨烯溶液混合，并调整pH，得到石墨烯分散液。2.根据权利要求1所述的石墨烯分散液的制备方法，其特征在于，所述羧基化石墨烯的制备方法，包括步骤：将石墨、干冰与磨球放入球磨罐中，进行球磨，得到所述羧基化石墨烯。3.根据权利要求2所述的石墨烯分散液的制备方法，其特征在于，所述将石墨、干冰与磨球放入球磨罐中的步骤中，所述石墨与干冰的质量比为5:100至5：1000。4.根据权利要求2所述的石墨烯分散液的制备方法，其特征在于，所述球磨的工艺参数：设置球磨罐的转速为200
‑
1000r/min，球磨时间为10
‑
48h。5.根据权利要求2所述的石墨烯分散液的制备方法，其特征在于，得到所述羧基化石墨烯之后，还包括步骤：将所述羧...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐政和，杨帆，姜峰，卫晓婷，
申请(专利权)人：南方科技大学，
类型：发明
国别省市：