CN107628610A

CN107628610A - 一种机械剥离法制备石墨烯以及石墨烯导电液的方法

Info

Publication number: CN107628610A
Application number: CN201711035685.3A
Authority: CN
Inventors: 张小廷; 马贺然; 侯雄雄; 葛恩报; 刘程程; 曹炬
Original assignee: BEIJING WANYUAN INDUSTRY CO LTD
Current assignee: BEIJING WANYUAN INDUSTRY CO LTD
Priority date: 2017-10-30
Filing date: 2017-10-30
Publication date: 2018-01-26

Abstract

本发明属于石墨烯制备技术领域技术领域，具体涉及一种机械剥离法制备石墨烯以及石墨烯导电液的方法。对石墨进行简单的处理，即可得到质量合格的石墨烯以及石墨烯导电液。本发明中所用的原材料资源丰富、成本较低，制备工艺简单，易于大规模生产。

Description

一种机械剥离法制备石墨烯以及石墨烯导电液的方法

技术领域

本发明属于石墨烯制备技术领域，具体涉及一种机械剥离法制备石墨烯以及石墨烯导电液的方法。

背景技术

石墨烯是由sp2杂化的碳原子组成的二维纳米炭材料，被认为是构建许多其他炭材料的基本单元。例如，石墨烯可以包裹形成零维的富勒烯；可以卷曲为一维的碳纳米管，可以堆叠为三维的石墨。因此，可以认为石墨烯是所有炭材料之母。石墨烯的制备方法有很多种，目前使用比较多的有化学气相沉积法、外延生长法、化学合成法和化学氧化剥离法。

化学气相沉积法是利用金属基板在高温下热解小分子烃类获得石墨烯。这种方法可以获得分布均一、面积较大以及质量较高的石墨烯；缺点是价格比较昂贵以及产量较低。

外延生长法一般是利用碳化硅基板在高温高真空的条件下合成。优点是可以制备大尺寸，高质量的石墨烯，但是其所用的设备一般比较昂贵，而且将石墨烯从基板上转移下来也比较困难，产量也比较低。

化学合成法主要是利用稠环芳烃等有机化合物前驱体自下而上合成的。这种方法的优点是可以控制石墨烯的尺寸，缺点依然是产量比较低。

化学氧化剥离法是利用硫酸、高锰酸钾等强氧化剂将石墨氧化，从而增大石墨层间距，经超声剥离得到氧化石墨烯，再经高温还原，即可得到石墨烯。这种方法的优点是产量较高，价格比较便宜，缺点是产品缺陷较多，制备过程中造成的环境污染比较严重。

因此，需要一种新的制备石墨烯以及石墨烯导电液的方法。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术成本高、产量低的问题，提供了一种机械剥离法制备石墨烯以及石墨烯导电液的方法。

本发明的技术方案如下：

一种机械剥离法制备石墨烯的方法，依次包括如下步骤：

步骤1.将粉末状的石墨、溶剂与分散剂充分混合，得到悬浊液；所述的石墨与溶剂的比例为1:10-1:100，石墨与分散剂的比例为100:1-1:1；所述石墨粉末的粒径1μm～1mm；

步骤2.向步骤1得到的悬浊液中用加压的方式通入二氧化碳；所述的压力为5-10MPa；

步骤3.将步骤2得到的混合液置于高压均质机中进行均质处理，得到石墨烯分散液；设定高压均质机的压力为50～300MPa，重复进行3～5次均质处理；

步骤4.将步骤3得到的石墨烯分散液置于超声机中进行超声处理，得到处理后的石墨烯分散液；设定超声功率为100-3000W，时间1-10h；

步骤5.将步骤4得到的处理后的石墨烯分散液干燥得到石墨烯粉体。

所述步骤1中所述的石墨与溶剂的比例为1:20～1:100。

所述石墨与分散剂的比例为20:1～5:1。

所述石墨是天然石墨、人造石墨或者膨胀石墨。

所述石墨粉末的粒径1～10μm。

所述溶剂采用的是去离子水、N-甲基吡咯烷酮或者乙醇中的一种或多种的混合液。

所述分散剂采用的是十二烷基磺酸钠、十二烷基苯磺酸钠、聚乙烯醇、木质素磺酸钠、十六烷基三甲基溴化铵或者聚乙烯吡咯烷酮中的一种或多种的混合液。

所述的干燥方法采用冻干或者烘干。

一种采用上述方法制备的石墨烯制备石墨烯导电液的方法，将制备的石墨烯粉体与导电助剂、溶剂复合后即得到石墨烯导电液；所述的石墨烯与导电助剂的比例为100:1-1:100，石墨烯与溶剂的比例为1:10-1:100。

所述的导电助剂为碳纳米管、炭黑、气相生长碳纤维或者无定形炭。

本发明的有益效果在于：

本发明所提供的方法主要有成本低、分散性好、稳定性好、生产效率高的特点。本发明提供的制备工艺得到的石墨烯层数约为10层左右；导电性能好；导热性能好。本发明中所用的原材料资源丰富、成本较低，制备工艺简单，易于大规模生产。

附图说明

图1为本发明制备的石墨烯的原子力显微镜图。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步详细说明。

实施例1

本实施例提供了一种石墨烯以及石墨烯导电液的制备方法，依次包括如下步骤：

步骤1.将粉末状的石墨、溶剂与分散剂充分混合，得到悬浊液；所述的石墨与溶剂的比例为10:1-1:100，优选1:20～1:100，石墨与分散剂的比例为100:1-1:1，优选为20:1～5:1；

首先将溶剂与分散剂充分混合，然后将石墨粉末倒入混合液，得到石墨悬浊液；也可以直接将粉末状石墨、溶剂与分散剂直接混合得到悬浊液；

所述的石墨可以是天然石墨、人造石墨或者膨胀石墨；石墨粉末的粒径1μm～1mm，优选为1～10μm；

所述的溶剂采用的是去离子水、N-甲基吡咯烷酮或者乙醇中的一种或多种的混合液；

所述的分散剂采用的是十二烷基磺酸钠、十二烷基苯磺酸钠、聚乙烯醇、木质素磺酸钠、十六烷基三甲基溴化铵或者聚乙烯吡咯烷酮中的一种或多种的混合液；

步骤2.向步骤1得到的混合液中用加压的方式通入二氧化碳；所述的压力位5-10MPa；步骤3.将步骤2得到的混合液置于高压均质机中进行均质处理，得到石墨烯分散液1；设定高压均质机的压力为50～300MPa，重复进行3～5次均质处理；

步骤4.将步骤3得到的石墨烯分散液1置于超声机中进行超声处理，得到石墨烯分散液2；设定超声功率为100-3000W，时间1-10h；步骤5.将步骤4得到的石墨烯分散液2干燥得到石墨烯粉体；所述的干燥方法采用冻干或者烘干，干燥时间1～24小时；

步骤6.将步骤5得到的石墨烯粉体与导电助剂、溶剂复合后即得到石墨烯导电液；所述的导电助剂为碳纳米管、炭黑、气相生长碳纤维或者无定形炭；所述溶剂采用的是去离子水、N-甲基吡咯烷酮或者乙醇中的一种或多种的混合液；所述的石墨烯与导电助剂的比例为100:1-1:100，优选为20:1～5:1，石墨烯与溶剂的比例为1:10-1:100，优选为1:20～1:100。

本实施例的技术方案采用的机械剥离法利用高压均质机的高速剪切、高频震荡和对流撞击等机械力作用和相应的热效应将石墨进一步剥离，从而得到石墨烯分散液，再经干燥即可得到石墨烯粉体。这种方法的优点是产量较高，价格比较便宜，制备过程绿色无污染。采用本技术方案制备的石墨烯层数约为10层左右；导电性能好；导热性能好。本发明中所用的原材料资源丰富、成本较低，制备工艺简单，易于大规模生产。

实施例2

本实施例在实施例1的基础上提供了一种石墨烯以及石墨烯导电液的制备方法，依次包括如下步骤：

步骤1.石墨烯粉体的制备：将1kg膨胀石墨、20kg去离子水和0.5kg聚乙烯吡咯烷酮混合均匀得到悬浊液；

步骤2.向步骤1得到的混合液中用加压的方式通入二氧化碳；所述的压力位8MPa；

步骤3.将步骤2得到的混合液置于高压均质机中进行均质处理，得到石墨烯分散液；设定高压均质机的压力为200MPa，重复进行5次均质处理；

步骤4.将步骤3得到的石墨烯分散液置于超声机中进行超声处理，得到处理后的石墨烯分散液；设定超声功率为1000W，时间2h；如附图1原子力显微镜照片分析表明石墨烯的厚度为10层。

步骤5.将步骤4得到的石墨烯分散液冻干得到石墨烯粉体；所述的干燥时间2小时；

步骤6.将步骤5得到的石墨烯粉体0.5kg与将碳纳米管0.5kg和去离子水50kg复合即可得到石墨烯导电液。

实施例3-10的步骤与实施例2相同，具体参数见下表。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。倘若这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims

1.一种机械剥离法制备石墨烯的方法，其特征在于：依次包括如下步骤：

步骤3.将步骤2得到的混合液置于高压均质机中进行均质处理，得到石墨烯分散液；设定高压均质机的压力为50～300-MPa，重复进行3～5次均质处理；

2.如权利要求1所述的一种机械剥离法制备石墨烯的方法，其特征在于：步骤1中所述的石墨与溶剂的比例为1:20～1:100。

3.如权利要求1所述的一种机械剥离法制备石墨烯的方法，其特征在于：所述石墨与分散剂的比例为20:1～5:1。

4.如权利要求1所述的一种机械剥离法制备石墨烯的方法，其特征在于：所述石墨是天然石墨、人造石墨或者膨胀石墨。

5.如权利要求1所述的一种机械剥离法制备石墨烯的方法，其特征在于：所述石墨粉末的粒径1～10μm。

6.如权利要求1所述的一种机械剥离法制备石墨烯的方法，其特征在于：所述溶剂采用的是去离子水、N-甲基吡咯烷酮或者乙醇中的一种或多种的混合液。

7.如权利要求1所述的一种机械剥离法制备石墨烯的方法，其特征在于：所述分散剂采用的是十二烷基磺酸钠、十二烷基苯磺酸钠、聚乙烯醇、木质素磺酸钠、十六烷基三甲基溴化铵或者聚乙烯吡咯烷酮中的一种或多种的混合液。

8.如权利要求1所述的一种机械剥离法制备石墨烯的方法，其特征在于：所述的干燥方法采用冻干或者烘干。

9.一种采用权利要求1所述的石墨烯制备石墨烯导电液的方法，其特征在于：将制备的石墨烯粉体与导电助剂、溶剂复合后即得到石墨烯导电液；所述的石墨烯与导电助剂的比例为100:1-1:100，石墨烯与溶剂的比例为1:10-1:100。

10.如权利要求1所述的一种制备石墨烯导电液的方法，其特征在于：所述的导电助剂为碳纳米管、炭黑、气相生长碳纤维或者无定形炭。