石墨烯或氧化石墨烯的制备方法技术

本发明专利技术涉及一种石墨烯或氧化石墨烯的制备方法，属于纳米材料制备技术领域，制备方法包括湿法制备和干法制备，湿法制备是将碳素材料、磁性钢针研磨体和溶剂，放入研磨容器中，密闭；将容器置入具有变换磁场的空间内，进行剥离，剥离后制得石墨纳米微片-石墨烯的混合物；分离纳米石墨微片-石墨烯与钢针，经过沉降、离心分离后，制得石墨烯的透明悬浮液。干法制备是将碳素材料和磁性钢针研磨体，放入研磨容器中，密闭；将容器置入具有变换磁场的空间内，进行剥离，剥离后制得石墨纳米微片-石墨烯的混合物干粉。本发明专利技术具有碰撞频率高、研磨效率高且制备时间短的特点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种，属于纳米材料制备

技术介绍
石墨烯是一种从石墨材料中剥离出的单层碳原子面材料，这种二维石墨晶体薄膜的厚度只有一个碳原子厚，强度却是钢材的100倍。它是目前室温导电速度最快、力学强度最大、导热能力最强的材料。厚度在1-10层的石墨纳米晶体称为石墨烯，根据碳原子层数的多少，或者石墨烯的厚度，分为单层石墨烯(Single-layer graphene)、双层石墨烯(Double-layer graphene)以及多层石墨烯(Few-layer graphene),当厚度 10 层以上时，其性能与常规的石墨材料基本无差异。单层石墨烯的理论比表面积为2650m2/g，导热系数高达5300W/m K，室温下电子迁移率高达15000cm2/V S。石墨烯的一系列特殊性质在复合材料、光电转换、电池电极材料、催化材料、触摸屏材料、芯片材料、晶体管替代材料、储氢材料等领域，具有巨大的潜在的研究和应用价值。石墨烯的特殊性质吸引了大批科学家对石墨烯的制备技术研究，目前的方法主要有微机械剥离法、氧化石墨还原法、化学气相沉积(CVD)等。其中微机械剥离法将价格昂贵的高度定向热解石墨用胶带反复粘结、剥离，再转移到基底材料表面上，这种方法效率极低，仅限于实验室研究；化学气相沉积法和外延生长法适合于制造较大面积的石墨烯单片，但是效率也是极低；相比之下，氧化石墨还原法产量较前两法产量较大，但是生产工艺复杂，产生较多的废酸，给环境带来污染，同时在还原氧化石墨烯时，对石墨烯的结构破坏较大。在微机械剥离法的基础上，人们试图用传统的球磨方法进行石墨烯的研磨制备大量、小面积的石墨烯或氧化石墨烯，Antisar M. V等人在水中进行了湿法球磨，得到了厚度IOnm以上的石墨纳米薄片。CN101704520A提出一种制备石墨烯的新方法，即在有机溶剂中对石墨进行湿法球磨，用软质的聚合物材料对硬质研磨球进行包覆，球料比在4500 13000:1条件下,经过40小时以上的研磨，经离心分离，得到一定产率的石墨烯。此法由于采用聚合物包覆研磨球的方法，研磨球的直径较大，并且球料比很高，所以研磨效率无法再提高；另外，高能研磨过程中，聚合物存在磨损并会污染石墨烯产品。CN200810196832.X提出一种高能球磨的方法制备纳米石墨薄片，将可溶性粉末、研磨球、石墨同时进行高能球磨，经过水洗、酸碱洗涤等方法，分选得到14nm左右的纳米石墨薄片。CN101857221A提出一种高效率制备石墨烯复合物或氧化石墨烯复合物的方法，利用大量的微小固体颗粒辅助剥离过程，以增加剥离过程接触面积和剥离次数。CN200810196832. X和CN101857221A提出的方法虽然剥离效率提高，但是细小颗粒及液体的去除与分离，存在较大的困难。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服现有石墨烯制备方法的不足，提供一种，即通过磁场变换的方法，感应驱动细小的磁性研磨体，产生飞舞、跳动，且彼此碰撞、剪切，既有高频碰撞作用，且碰撞力极小，能有效减弱因碰撞而对石墨烯的晶格的破坏作用，恰好适合用于鳞片状石墨的剥离，成为纳米级的微片一石墨烯，从而实现大规模生广闻质量石墨稀广品。本专利技术，如下述A或B :A :湿法制备将碳素材料、磁性钢针研磨体和溶剂，放入研磨容器中，密闭；将容器置入具有变换磁场的空间内，进行剥离，剥离后制得石墨纳米微片-石墨烯的混合物；分离石墨纳米微片-石墨烯与钢针，经过沉降、离心分离后，制得石墨烯的透明悬浮液；B :干法制备将碳素材料和磁性钢针研磨体，放入研磨容器中，密闭；将容器置入 具有变换磁场的空间内，进行剥离，剥离后制得石墨纳米微片-石墨烯的混合物干粉。所述的碳素材料与磁性钢针研磨体的质量比为1:1(T3000 ;溶剂体积为碳素材料质量的1(T1000倍，溶剂体积以ml计，碳素材料质量以g计。所述的剥离时间为0. 5^80小时，优选广20小时。所述的碳素材料为石墨粉、氧化石墨粉、膨胀石墨或可膨胀石墨，粒度为2(Tl0000目，优选300 1000目。所述的溶剂为水、烷烃类、醇类、酮类、芳香类化合物、有机胺类、杂环类化合物或离子液体的一种或一种以上的组合；所述的烷烃类溶剂为环己烷、辛烷或庚烷；所述的醇类溶剂为乙醇、丙醇、丁醇、乙二醇或双丙酮醇；所述的酮类溶剂为丙酮、N-甲基吡咯烷酮或2-甲基吡咯烷酮；所述的芳香类化合物溶剂为苯、甲苯、二甲苯或重烷基苯；所述的有机胺类溶剂为甲酰胺、乙酰胺、N-甲基甲酰胺或N，N-二甲基乙酰胺；所述的杂环类化合物溶剂为吡咯、吡啶或四氢呋喃；所述的离子液体由阳离子和阴离子组成，阳离子为取代基是H、C1 C6的烧基、丙稀基、丁稀基、轻乙基、轻丙基、烧氧基或竣甲基中的一种的烷基季铵盐离子、烷基季磷离子、烷基咪唑离子或烷基吡啶离子，阴离子为卤素离子、NO3'SO42' HSO4' SO32' HSO3' BF4' PF4' SCN' CN' OCN' CNO' CF3SO3' CF3COO' (CF3SO2)2N-或(CF3S02)2Cr。所述的研磨容器是密封的，由不导磁材料制成，材质为塑料、橡胶、高分子复合材料、陶瓷、石英玻璃或奥氏体不锈钢。所述的磁性钢针研磨体直径为0. r2. 0mm、长度为2 10mm，材质为钢质、铁质或含有马氏体组织的不锈钢，优选SUS304不锈钢。所述的具有变换磁场的空间内磁铁的排布方式为平面分布形成平面上方的磁场变换空间或对面分布形成筒状变换磁场空间。所述的具有变换磁场的空间的实现有两种方式，一是有序排布的永久磁铁旋转，二是有序排布的电磁铁通过交流电控制实现。所述的具有变换磁场的空间的磁场变换频率为10(T3000r/min，优选变换频率为100(T2400r/min，磁感应强度为 0. I I. 0T。本专利技术是新型二维材料纳米碳材料一石墨烯的制备方法，本专利技术中湿法制备和干法制备的区别是，湿法在研磨剥离时加入溶剂，而干法是指在研磨时不加入溶剂，两种方法研磨后都得到石墨纳米微片-石墨烯的混合物，湿法得到的混合物经沉降、离心分离后得到石墨烯的透明悬浮液，干法制得石墨纳米微片-石墨烯的混合物干粉。干法制备的石墨纳米微片-石墨烯的混合产物，可以直接用作导电填料，掺加到高分子材料中用作抗静电复合材料或用作导电涂料，也可以待研磨结束后，再加入溶剂，经沉降、离心分离后，把石墨纳米微片沉降下来，得到石墨烯的悬浮液。无论湿法制备还是干法制备，石墨纳米微片-石墨烯的混合物与钢针通过磁分离即可分离，无论湿法制备还是干法制备，均可加入分散剂，分散剂用量为碳素材料质量的0. 5 10%。本专利技术中所述的分散剂是常规的球磨工艺用的分散助剂，如硬脂酸、钛酸酯类、铝酸酯类、磷酸酯类、聚苯乙烯磺酸钠以及其复合的分散助剂，目的是在研磨过程中，降低颗粒的表面能，防止团聚，提高研磨效率。 本专利技术所述的具有变换磁场的空间内磁铁的排布方式分为两种( I)磁铁平面分布形成平面上方的磁场变换空间①采用永久强磁铁圆盘上镶嵌对角同极性的四(或六、八等偶数)块永久强磁铁，成为圆盘平面。该圆盘下有连接电机的转轴，电机旋转，带动圆盘旋转，于是在圆盘上方的任一点具有磁性的N\S不断交替变换；②采用电磁铁步骤与①相同，改用电磁铁替代永磁铁，用电流的方向变本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
2011.06.20 CN 201110165839.71.一种石墨烯或氧化石墨烯的制备方法，其特征在于如下述A或B : A :湿法制备将碳素材料、磁性钢针研磨体和溶剂，放入研磨容器中，密闭；将容器置入具有变换磁场的空间内，进行剥离，剥离后制得石墨纳米微片-石墨烯的混合物；分离钢针，经过沉降、离心分离后，制得石墨烯的透明悬浮液； B :干法制备将碳素材料和磁性钢针研磨体，放入研磨容器中，密闭；将容器置入具有变换磁场的空间内，进行剥离，剥离后制得石墨纳米微片-石墨烯的混合物干粉。2.根据权利要求I所述的石墨烯或氧化石墨烯的制备方法，其特征在于所述的碳素材料与磁性钢针研磨体的质量比为1:1(T3000 ;溶剂体积为碳素材料质量的1(T1000倍，溶剂体积以ml计,碳素材料质量以g计。3.根据权利要求I所述的石墨烯或氧化石墨烯的制备方法，其特征在于所述的剥离时间为0. 5 80小时。4.根据权利要求I所述的石墨烯或氧化石墨烯的制备方法，其特征在于所述的碳素材料为石墨粉、氧化石墨粉、膨胀石墨或可膨胀石墨，粒度为2(Tl0000目。5.根据权利要求I所述的石墨烯或氧化石墨烯的制备方法，其特征在于所述的溶剂为水、烷烃类、醇类、酮类、芳香类化合物、有机胺类、杂环类化合物或离子液体的一种或多种。6.根据权利要求5所述的石墨烯或氧化石墨烯的制备方法，其特征在于所述的烷烃类溶剂为环己烷、辛烷或庚烷；所述的醇类溶剂为乙醇、丙醇、丁醇、乙二醇或双丙酮醇；所述的酮类溶剂为丙酮、N-甲基吡咯烷酮或2-甲基吡咯烷...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵增典，于先进，艾蒙，张洪雷，孙英祥，张丽鹏，李德刚，邢伟，
申请(专利权)人：山东理工大学，
类型：发明
国别省市：