CN114408907A - 一种炭黑基石墨烯及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种炭黑基石墨烯及其制备方法和应用。所述炭黑基石墨烯的制备方法，包括如下步骤：S1、对炭黑进行催化石墨化处理，得石墨化炭黑；S2、向石墨化炭黑中加入尿素，研磨使石墨化炭黑剥离并与尿素形成插层复合物；所述石墨化炭黑与尿素的质量比为（3‑10）:1；S3、将插层复合物在300‑500℃下进行煅烧，形成炭黑基石墨烯。本申请的制备方法操作简单，能降低石墨烯的制备成本，有利于石墨烯的大规模生产。制备的炭黑基石墨烯在聚乙烯中分散性好，补强性高，并且炭黑基石墨烯在较低的用量下能大幅降低高分子材料的电阻。
Description
技术领域
本发明涉及碳材料技术领域，尤其是涉及一种炭黑基石墨烯及其制备方法和应用。
背景技术
石墨烯是一种以sp2杂化连接的碳原子紧密堆积成单层二维蜂窝状晶格结构的新材料，具有大比表面积、优异的导电性和高柔韧性等优点，被广泛应用于导电高分子材料、能量存储与转换、电子器件、传感器、生物医学等领域。
目前制备石墨烯的原料主要是天然石墨、含碳气体(CH4、C2H4等)或含碳有机低聚物。但天然石墨杂质含量高、成分复杂，需要额外的提纯步骤，且提纯步骤复杂，会增大石墨烯的制备成本，不利于石墨烯的大规模生产。含碳气体或含碳有机低聚物用来制备石墨烯的方法多采用气相沉积法，但存在石墨烯产率低、原料浪费等问题，也会增大石墨烯的制备成本，从而有利于石墨烯的大规模生产。
炭黑具有碳含量高、纯度高、杂质含量低等优点，目前还未见以炭黑为原材料制备石墨烯的报道，因此，本申请提供一种以炭黑为原材料制备炭黑基石墨烯的方法。
发明内容
为了降低石墨烯的制备成本，有利于石墨烯的大规模生产，本申请提供一种炭黑基石墨烯及其制备方法和应用。
第一方面，本申请提供一种炭黑基石墨烯的制备方法，采用如下技术方案实现：
一种炭黑基石墨烯的制备方法，包括如下步骤：
S1、对炭黑进行催化石墨化处理，得石墨化炭黑；
S2、向石墨化炭黑中加入尿素，研磨使石墨化炭黑剥离并与尿素形成插层复合物；所述石墨化炭黑与尿素的质量比为(3-10):1；
S3、将插层复合物在300-500℃下进行煅烧，形成炭黑基石墨烯。
通过采用上述技术方案，炭黑经催化石墨化处理后炭黑的碳含量增高，在机械研磨辅助作用下，尿素分子易于进入石墨化炭黑的片层形成石墨化炭黑堆垛体，从而使石墨化炭黑部分剥离，减小了石墨化炭黑的粒度。
控制石墨化炭黑与尿素的质量比为(3-10):1，尿素主要存在石墨化炭黑的层间，可以起到有效插层；尿素高温受热时会急剧分解产生大量的氨气和二氧化碳，尿素分解使经研磨处理的石墨化的炭黑发生进一步膨胀而被进一步剥离形成超薄的寡层石墨烯。
插层复合物是尿素插层石墨化炭黑复合物，控制插层复合物的煅烧温度为300-500℃，可以使尿素彻底分解，提高石墨化炭黑的剥离效果和体积膨胀率，同时可以降低煅烧过程中石墨化炭黑的烧失量。
本申请提供的炭黑基石墨烯的制备方法，操作简单，制备的炭黑基石墨烯的产率高，基本无原料浪费的问题；以炭黑为原料，炭黑不仅材料来源广，且具有碳含量高、纯度高、杂质含量低等优点，无需提纯步骤，能降低石墨烯的制备成本，有利于石墨烯的大规模生产；对炭黑进行催化石墨化处理、经研磨插层和热致膨胀制备炭黑基石墨烯材料，同时炭黑具有纳米微晶结构，制备的炭黑基石墨烯材料片层薄，经柔性卷曲形成薄纱状不规则结构。炭黑基石墨烯在聚乙烯中分散性好，补强性高，并且炭黑基石墨烯在较低的用量下能大幅降低高分子材料的电阻。
优选的，所述石墨化炭黑与尿素的质量比为3.33:1。
优选的，所述研磨采用氧化锆球以450-550rpm转速进行球磨；所述氧化锆球由直径为5mm的氧化锆球、3mm的氧化锆球和1mm的氧化锆球按质量比为2:5:3混合而成。
更优选的，所述研磨采用氧化锆球以500rpm转速进行球磨；所述氧化锆球由直径为5mm的氧化锆球、3mm的氧化锆球和1mm的氧化锆球按质量比为2:5:3混合而成。
本申请采用球磨使尿素在煅烧前对石墨化炭黑进行部分剥离，形成尿素插层石墨化炭黑复合物，控制球磨转速为500rpm、氧化锆球的直径大小以及直径为5mm的氧化锆球、3mm的氧化锆球和1mm的氧化锆球的质量比为2:5:3，有利于形成尿素插层石墨化炭黑复合物，并提高尿素插层石墨化炭黑复合物的稳定性，有利于后续煅烧中进一步剥离形成炭黑基石墨烯。
优选的，所述插层复合物的煅烧温度为450℃。
优选的，所述S1的步骤为：
将催化剂和炭黑按质量比(0.5-5):100混合，研磨，氮气氛围在1500-2500℃进行催化石墨化处理1-5h，降温处理，得石墨化炭黑。
本申请控制催化剂和炭黑的质量比为(0.5-5):100，催化效果较优，可以提高炭黑的石墨化程度，降低石墨化处理温度。
本申请控制催化石墨化的温度为1500-2500℃，炭黑的石墨化程度较高，可以降低聚乙烯/炭黑基石墨烯复合物的电阻率，同时需要的能耗较小，有利于炭黑基石墨烯的大规模生产。
本申请控制催化石墨化处理时间为1-5h，炭黑的石墨化程度较高，可以降低聚乙烯/炭黑基石墨烯复合物的电阻率，同时需要的能耗较小，经济价值较大，有利于炭黑基石墨烯的大规模生产。
优选的，所述催化石墨化处理的时间为2.5h。
优选的，所述催化石墨化处理的温度为2300℃。
优选的，所述炭黑和催化剂的质量比为100:4。
本申请中，所述炭黑选自炭黑N330、炭黑N660、炭黑N774中的一种或多种。
本申请中，所述催化剂为含铁催化剂和/或含钛催化剂。
优选的，所述催化剂为含铁催化剂。
本申请中，含铁催化剂的分解温度比含钛催化剂的分解温度低，铁与炭形成碳化铁中间体，形成连锁反应，在较低温度下实现石墨化，同时铁在较低温度下挥发，金属氧化物残留较少，有利于提高催化石墨化的质量。
第二方面，本申请提供一种炭黑基石墨烯，采用如下技术方案实现：
一种炭黑基石墨烯，由上述方法制备得到，所述炭黑基石墨烯为寡层石墨烯。
第三方面，本申请提供一种炭黑基石墨烯的应用，采用如下技术方案实现：
一种炭黑基石墨烯的应用，所述炭黑基石墨烯用于聚乙烯/炭黑基石墨烯复合物，所述聚乙烯/炭黑基石墨烯复合物包括聚乙烯和炭黑基石墨烯。
优选的，所述炭黑基石墨烯与聚乙烯的质量比为1:(10-30)；更优选的，所述炭黑基石墨烯与聚乙烯的质量比为1:10。
本申请制备的炭黑基石墨烯在聚乙烯中的分散性好，补强效果强，炭黑基石墨烯在较低的添加量下能大幅降低聚乙烯/炭黑基石墨烯复合物的电阻。
综上所述，本申请具有以下有益效果：
1、本申请提供的炭黑基石墨烯的制备方法，对炭黑进行催化石墨化处理、经研磨插层和热致膨胀制备炭黑基石墨烯材料，操作简单，制备的炭黑基石墨烯的产率高，基本无原料浪费的问题；以炭黑为原料，炭黑不仅材料来源广，且具有碳含量高、纯度高、杂质含量低等优点，无需提纯步骤，能降低石墨烯的制备成本，有利于石墨烯的大规模生产；同时炭黑具有纳米微晶结构，炭黑经石墨化处理、研磨插层和膨胀剥离处理更易于制备炭黑基寡层石墨烯材料，使得炭黑基石墨烯在较低的用量下能大幅降低高分子材料的电阻。
2、本申请控制石墨化炭黑与尿素的质量比为(3-10):1，尿素主要存在石墨化炭黑的层间，可以起到有效插层；尿素高温受热时会急剧分解产生大量的氨气和二氧化碳，尿素分解使石墨化的炭黑发生进一步膨胀而被进一步剥离形成超薄的寡层石墨烯。
3、本申请控制插层复合物的煅烧温度为300-500℃，可以使尿素彻底分解，提高石墨化炭黑的剥离效果和体积膨胀率，同时可以降低煅烧过程中石墨化炭黑的烧失量。
4、本申请控制催化剂和炭黑的质量比为(0.5-5):100，催化效果较优，可以提高炭黑的石墨化程度，降低石墨化处理温度。
5、本申请控制催化石墨化的温度为1500-2500℃，催化石墨化处理时间为1-5h，炭黑的石墨化程度较高，可以降低聚乙烯/炭黑基石墨烯复合物的电阻率，同时需要的能耗较小，有利于炭黑基石墨烯的大规模生产。
6、本申请制备的炭黑基石墨烯在聚乙烯中的分散性好，补强效果强，炭黑基石墨烯在较低的添加量下能大幅降低聚乙烯/炭黑基石墨烯复合物的电阻。
附图说明
图1是实施例7制备的石墨化炭黑的XRD图；
图2为实施例7制备的石墨化炭黑的SEM图；
图3为实施例15制备的炭黑基石墨烯的TEM图。
具体实施方式
以下结合实施例对本申请作进一步详细说明。
本申请使用的原料均可通过市售获得；
其中，炭黑N330、炭黑N660均购买自河北墨钰化工有限公司；
聚乙烯，牌号为MB9500，购买自上海超旋化工科技有限公司。
实施例
实施例1-16提供了一种炭黑基石墨烯的制备方法，以下以实施例1为例进行说明。
实施例1提供的炭黑基石墨烯的制备方法，其步骤为：
S1、将100g炭黑N330与0.5g三氧化二铁混合均匀后，充分研磨均匀，然后在氮气氛围下、在1500℃进行催化石墨化处理4h，降温至室温，得石墨化炭黑；
S2、取60g S1步骤制备的石墨化炭黑并加入20g尿素，混合均匀后，进行球磨1h，形成插层复合物；所述球磨的具体操作为将直径为5mm的氧化锆球、3mm的氧化锆球和1mm的氧化锆球按质量比为2:5:3混合后放入球磨机，控制球磨机的转速为500rpm；
S3、将S2步骤制备的插层复合物放入坩埚中(插层复合物的装载量低于坩埚容量的1/3)，盖上坩埚盖(非密封)，在空气氛围下、在300℃煅烧1h，降温至室温，得炭黑基石墨烯。
实施例2-4，与实施例1不同之处在于，S1步骤中催化剂的种类及质量不同，具体见表1。
表1实施例1-4S1步骤中催化剂的种类及质量
| 实施例 | 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | 实施例4 |
| 催化剂的种类 | 三氧化二铁 | 三氧化二铁 | 三氧化二铁 | 二氧化钛 |
| 催化剂的质量 | 0.5g | 5g | 4g | 4g |
| 炭黑与催化剂的质量比 | 100:0.5 | 100:5 | 100:4 | 100:4 |
实施例5-9，与实施例3不同之处在于，S1步骤中催化石墨化处理的温度和时间不同，具体见表2。
表2实施例3、5-9S1步骤中催化石墨化处理的温度和时间
| 实施例 | 实施例3 | 实施例5 | 实施例6 | 实施例7 | 实施例8 | 实施例9 |
| 温度 | 1500℃ | 2500℃ | 2300℃ | 2300℃ | 2300℃ | 2500℃ |
| 时间 | 5h | 1h | 1h | 2.5h | 4h | 2.5h |
实施例10，与实施例1不同之处在于，催化剂的质量为0.3g，催化石墨化处理的温度为2800℃，催化石墨化处理的时间为4h。
实施例11，与实施例2不同之处在于，催化剂的质量为6g。
实施例12-13，与实施例7不同之处在于，S2步骤中尿素的质量不同，具体见表3。
表3实施例7、12-13S2步骤中尿素的质量
| 实施例 | 实施例7 | 实施例12 | 实施例13 |
| 尿素的质量 | 20g | 6g | 18g |
| 石墨化炭黑与尿素的质量比 | 3:1 | 10:1 | 3.33:1 |
实施例14-15，与实施例13不同之处在于，S3步骤中煅烧温度不同，具体见表4。
表4实施例13-15S3步骤中煅烧温度
| 实施例 | 实施例13 | 实施例14 | 实施例15 |
| 煅烧温度 | 300℃ | 500℃ | 450℃ |
实施例16，与实施例15不同之处在于，炭黑N330等质量替换为炭黑N660。
对比例
对比例1-2，与实施例1不同之处在于，S2步骤中尿素的质量不同，具体见表5。
表5对比例1-2S2步骤中尿素的质量
| 对比例 | 对比例1 | 对比例2 |
| 尿素的质量 | 30g | 3g |
| 石墨化炭黑与尿素的质量比 | 2:1 | 20:1 |
对比例3-4，与实施例1不同之处在于，S3步骤中煅烧温度不同，具体见表6。
表6对比例3-4S3步骤中煅烧温度
| 对比例 | 对比例3 | 对比例4 |
| 煅烧温度 | 200℃ | 600℃ |
应用例
应用例1-16提供了一种聚乙烯/炭黑基石墨烯复合物，以下以应用例1为例进行说明。
应用例1提供的聚乙烯/炭黑基石墨烯复合物，其制备步骤为：
将实施例1制备的炭黑基石墨烯与聚乙烯按质量比1:10混合均匀，得聚乙烯/炭黑基石墨烯复合物。
应用例2-16，与应用例1不同之处在于，炭黑基石墨烯的来源不同，具体见表7。
表7应用例1-16炭黑基石墨烯的来源
应用对比例
应用对比例1-4，与应用例1不同在于，炭黑基石墨烯的来源不同，具体见表8。
表8应用对比例1-4炭黑基石墨烯的来源
| 应用对比例 | 应用对比例1 | 应用对比例2 | 应用对比例3 | 应用对比例4 |
| 炭黑基石墨烯的来源 | 对比例1 | 对比例2 | 对比例3 | 对比例4 |
应用对比例5，与应用例1不同之处在于，炭黑基石墨烯等质量替换为炭黑N330。
应用对比例6，一种聚乙烯/导电炭黑复合物，其制备步骤为：
将市售导电炭黑与聚乙烯按质量比3:5混合均匀，得聚乙烯/导电炭黑复合物。
应用对比例7，与应用对比例6不同之处在于，导电炭黑与聚乙烯的质量比1:10。
性能检测试验
1、金属氧化物残留：通过荧光分析法分别检测实施例1-16和对比例1-4所述炭黑基石墨烯表面是否有金属氧化物(三氧化二铁或二氧化钛)残留，若检出金属氧化物残留，根据金属氧化物的相对含量多少分为1-5级，其中1级表示金属氧化物的相对含量为0.01-0.02wt％，2级表示金属氧化物的相对含量为0.02-0.04wt％且不等于0.02wt％，3级表示金属氧化物的相对含量为0.04-0.07wt％且不等于0.04wt％，4级表示金属氧化物的相对含量为0.07-0.1wt％且不等于0.07wt％，5级表示金属氧化物的相对含量大于0.1wt％，测试结果见表9。
表9金属氧化物残留测试结果
2、电阻：分别将应用例1-16所述聚乙烯/炭黑基石墨烯复合物、应用对比例1-4所述聚乙烯/炭黑基石墨烯复合物、应用对比例5-7所述聚乙烯/炭黑复合物压制成直径20mm的试片，参照国标GB11017-89测试方法，采用电缆屏蔽层电阻率测定仪测试90℃下的电阻值，测试结果见表10。
表10电阻测试数据
| 样品 | 电阻(Ω·cm) | 样品 | 电阻(Ω·cm) |
| 应用例1 | 2315 | 应用例13 | 1270 |
| 应用例2 | 1872 | 应用例14 | 885 |
| 应用例3 | 1865 | 应用例15 | 893 |
| 应用例4 | 2240 | 应用例16 | 895 |
| 应用例5 | 1297 | 应用对比例1 | 2388 |
| 应用例6 | 1306 | 应用对比例2 | 2870 |
| 应用例7 | 1278 | 应用对比例3 | 3028 |
| 应用例8 | 1274 | 应用对比例4 | 2104 |
| 应用例9 | 1272 | 应用对比例5 | 5690 |
| 应用例10 | 1921 | 应用对比例6 | 3580 |
| 应用例11 | 1865 | 应用对比例7 | 4950 |
| 应用例12 | 1458 | / | / |
以下针对表9和表10的测试数据，详细说明本申请。
对比应用例1与应用对比例5-7的实验数据可知，本申请制备的炭黑基石墨烯在聚乙烯中的分散性好，补强效果强，炭黑基石墨烯在较低的添加量下能大幅降低聚乙烯/炭黑基石墨烯复合物的电阻。
对比应用例1和应用对比例1-2的实验数据可知，应用例1对应聚乙烯/炭黑基石墨烯复合物的电阻低于应用对比例1-2对应聚乙烯/炭黑基石墨烯复合物的电阻。这是由于应用对比例2中石墨化炭黑与尿素的质量比大于10:1，尿素的用量过少，尿素难以起到有效插层和产生足量的气体膨胀压力；应用对比例1中石墨化炭黑与尿素的质量比小于3:1，尿素的用量过多，尿素不仅存在石墨化炭黑的层间，过多的尿素也大量积聚在石墨化炭黑外表面，而积聚在石墨化炭黑外表面的尿素高温受热时是会造成无效气体的分解，反而不利于石墨化炭黑片层膨胀剥离。
对比应用例1和应用对比例3-4的实验数据可知，应用例1对应聚乙烯/炭黑基石墨烯复合物的电阻低于应用对比例3-4对应聚乙烯/炭黑基石墨烯复合物的电阻。应用对比例3中插层复合物的煅烧温度低于300℃，煅烧温度过低，尿素分解不彻底，产生的氨气和二氧化碳较少，使石墨化炭黑的剥离效果较差，石墨化炭黑的体积膨胀率也较小；应用对比例4中插层复合物的煅烧温度高于500℃，煅烧温度过高，煅烧过程中石墨化炭黑的烧失量较高，会降低炭黑基石墨烯的产率，且尿素早就彻底分解，基本不能再提高石墨化炭黑的剥离效果和膨胀率，且能耗较大，不利于炭黑基石墨烯的大规模生产。
对比应用例1和应用例10-11的实验数据可知，实施例12中催化剂和炭黑的质量比大于5:100，催化剂用量过高，炭黑基石墨烯表面残留有金属氧化物，炭黑的石墨化程度略有提高但影响很小，聚乙烯/炭黑基石墨烯复合物的电阻略有降低但降低的有限，但从经济性角度考虑，会增大炭黑基石墨烯的制备成本，不利于炭黑基石墨烯的大规模生产；实施例10中催化剂和炭黑的质量比小于0.5:100，催化剂用量过低，对炭黑的石墨化催化效果很弱，催化石墨化处理温度需要达到2800℃以上，能耗大，从经济性角度考虑，也会增大炭黑基石墨烯的制备成本，不利于炭黑基石墨烯的大规模生产。
对比应用例3或4和应用例5-9的实验数据可知，炭黑催化石墨化处理温度从1500℃到2300℃，能明显提升催化石墨化程度，降低电阻率，且减少金属氧化物残留，进一步提高温度到2500℃，电阻率略有降低但趋于稳定，经济价值不大。温度较低，石墨化程度较低。1500℃处理5h，电阻较高，并且有金属氧化物残留。炭黑催化石墨化处理保温时间延长可以提高炭黑石墨化程度，进一步延长时间，电阻率略有降低但变化不大，对经济价值不大。
本具体实施例仅仅是对本申请的解释，其并不是对本申请的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本申请的权利要求范围内都受到专利法的保护。
Claims (10)
1.一种炭黑基石墨烯的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、对炭黑进行催化石墨化处理，得石墨化炭黑；
S2、向石墨化炭黑中加入尿素，研磨使石墨化炭黑剥离并与尿素形成插层复合物；所述石墨化炭黑与尿素的质量比为（3-10）:1；
S3、将插层复合物在300-500℃下进行煅烧，形成炭黑基石墨烯。
2.根据权利要求1所述的一种炭黑基石墨烯的制备方法，其特征在于，所述石墨化炭黑与尿素的质量比为3.33:1。
3.根据权利要求1或2所述的一种炭黑基石墨烯的制备方法，其特征在于，所述研磨采用氧化锆球以450-550rpm转速进行球磨；所述氧化锆球由直径为5mm的氧化锆球、3mm的氧化锆球和1mm的氧化锆球按质量比为2:5:3混合而成。
4.根据权利要求1所述的一种炭黑基石墨烯的制备方法，其特征在于，所述插层复合物的煅烧温度为450℃。
5.根据权利要求1所述的一种炭黑基石墨烯的制备方法，其特征在于，所述S1的步骤为：
将催化剂和炭黑按质量比（0.5-5）:100混合，研磨，氮气氛围在1500-2500℃进行催化石墨化处理1-5h，降温处理，得石墨化炭黑。
6.根据权利要求5所述的一种炭黑基石墨烯的制备方法，其特征在于，所述催化石墨化处理的时间为2.5h。
7.根据权利要求5所述的一种炭黑基石墨烯的制备方法，其特征在于，所述催化石墨化处理的温度为2300℃。
8.根据权利要求5所述的一种炭黑基石墨烯的制备方法，其特征在于，所述炭黑和催化剂的质量比为100:4。
9.一种根据权利要求1-8中任一项所述方法制备的炭黑基石墨烯，其特征在于，所述炭黑基石墨烯为寡层石墨烯。
10.一种聚乙烯/炭黑基石墨烯复合物，其特征在于，包括聚乙烯和根据权利要求1-8中任一项所述方法制备的炭黑基石墨烯。
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115036510A (zh) * | 2022-07-25 | 2022-09-09 | 常州大学 | 一种无添加石墨烯/炭黑复合导电剂及其制备方法和应用 |
Citations (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103253661A (zh) * | 2013-05-27 | 2013-08-21 | 中国科学院上海微***与信息技术研究所 | 一种大规模制备石墨烯粉体的方法 |
| CN105622983A (zh) * | 2016-02-26 | 2016-06-01 | 成都新柯力化工科技有限公司 | 一种导热塑料专用石墨烯微片的制备方法 |
| CN105800603A (zh) * | 2016-04-22 | 2016-07-27 | 华侨大学 | 一种快速制备高质量石墨烯的方法 |
| CN106058264A (zh) * | 2016-07-29 | 2016-10-26 | 成都新柯力化工科技有限公司 | 一种锂电池石墨烯复合导电剂及制备方法 |
| CN106430164A (zh) * | 2016-09-29 | 2017-02-22 | 山东欧铂新材料有限公司 | 一种石墨烯/炭黑复合材料的制备方法 |
| CN108017050A (zh) * | 2016-11-02 | 2018-05-11 | 中国石油大学(北京) | 一种掺杂石墨烯及其制备方法和应用 |
| CN109103453A (zh) * | 2018-08-17 | 2018-12-28 | 东莞市凯金新能源科技股份有限公司 | 一种催化石墨化的石墨负极材料的制法及其材料 |
| CN109665518A (zh) * | 2017-10-16 | 2019-04-23 | 山东欧铂新材料有限公司 | 一种高导电石墨烯的制备方法 |
| CN110791005A (zh) * | 2019-11-26 | 2020-02-14 | 华东理工大学 | 含有聚乙烯、炭黑和导电修饰石墨烯的ptc复合材料及制备方法 |
| CN112225209A (zh) * | 2020-11-17 | 2021-01-15 | 山东建筑大学 | 一种利用可膨胀石墨制备石墨烯的方法 |
-
2021
- 2021-12-27 CN CN202111613047.1A patent/CN114408907A/zh active Pending
Patent Citations (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103253661A (zh) * | 2013-05-27 | 2013-08-21 | 中国科学院上海微***与信息技术研究所 | 一种大规模制备石墨烯粉体的方法 |
| CN105622983A (zh) * | 2016-02-26 | 2016-06-01 | 成都新柯力化工科技有限公司 | 一种导热塑料专用石墨烯微片的制备方法 |
| CN105800603A (zh) * | 2016-04-22 | 2016-07-27 | 华侨大学 | 一种快速制备高质量石墨烯的方法 |
| CN106058264A (zh) * | 2016-07-29 | 2016-10-26 | 成都新柯力化工科技有限公司 | 一种锂电池石墨烯复合导电剂及制备方法 |
| CN106430164A (zh) * | 2016-09-29 | 2017-02-22 | 山东欧铂新材料有限公司 | 一种石墨烯/炭黑复合材料的制备方法 |
| CN108017050A (zh) * | 2016-11-02 | 2018-05-11 | 中国石油大学(北京) | 一种掺杂石墨烯及其制备方法和应用 |
| CN109665518A (zh) * | 2017-10-16 | 2019-04-23 | 山东欧铂新材料有限公司 | 一种高导电石墨烯的制备方法 |
| CN109103453A (zh) * | 2018-08-17 | 2018-12-28 | 东莞市凯金新能源科技股份有限公司 | 一种催化石墨化的石墨负极材料的制法及其材料 |
| CN110791005A (zh) * | 2019-11-26 | 2020-02-14 | 华东理工大学 | 含有聚乙烯、炭黑和导电修饰石墨烯的ptc复合材料及制备方法 |
| CN112225209A (zh) * | 2020-11-17 | 2021-01-15 | 山东建筑大学 | 一种利用可膨胀石墨制备石墨烯的方法 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| 张亚婷等: "以太西无烟煤为前驱体制备煤基石墨烯的研究", 《煤炭转化》 * |
| 杨胜凯等: "基于离子液体的石墨烯及其复合物制备的研究进展", 《中国科学:化学》 * |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115036510A (zh) * | 2022-07-25 | 2022-09-09 | 常州大学 | 一种无添加石墨烯/炭黑复合导电剂及其制备方法和应用 |
| CN115036510B (zh) * | 2022-07-25 | 2023-09-29 | 常州大学 | 一种无添加石墨烯/炭黑复合导电剂及其制备方法和应用 |
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