專利名稱：激光照射法制備還原氧化石墨烯的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于氧化石墨還原的方法，具體地說是一種激光照射法制備還原氧化石墨烯。
背景技術：
2004年英國曼徹斯特大學安德烈·Κ ·海姆(Andre K. Geim)制造出了石墨烯。他 們將石墨分離成較小的碎片，從碎片中剝離出較薄的石墨薄片，然后用一種特殊的塑料膠 帶粘住薄片的兩側，撕開膠帶，薄片也隨之一分為二。不斷重復這一過程，就可以得到越來 越薄的石墨薄片，其中部分樣品僅由一層碳原子構成——制得了石墨烯。石墨烯，是一種新 型的二維碳納米結構，由于其具有獨特的納米結構，在宏觀上顯示出極好的熱學性能、機械 性能和電學性能。石墨烯是已知材料中最薄的一種，非常牢固堅硬，是人類已知的強度最高 的物質。強度比鉆石堅硬，比世界上最好的鋼鐵還高100倍。盡管只有單層原子厚度，但石墨烯有相當的不透明度可以吸收大約2. 3%的可 見光。石墨烯結構非常穩(wěn)定，迄今為止，世界各國的科學家未發(fā)現石墨烯中有碳原子缺 失的情況。石墨烯中各碳原子之間的連接非常柔韌，當施加外部機械力時，碳原子面就彎曲 變形，從而使碳原子不必重新排列來適應外力，保持了結構穩(wěn)定。這種穩(wěn)定的晶格結構使碳原子具有優(yōu)秀的導電性，室溫下電子傳遞速度比已知導 體都快，運動速度達到了光速的1/300，遠遠超過了電子在一般導體中的運動速度。使它在 微電子領域具有巨大的應用潛力，能用來生產未來的超級計算機。石墨烯由于其獨特的納米結構，顯示出極好的熱學性能、機械性能和電學性能。在 許多技術領域有著重要的應用如傳感器、電池、超級電容和儲氫材料等?，F有技術制備石墨烯的方法有兩種一是化學法，采用水合胼或硼氫化鈉等強還 原劑還原；另一種是加熱法，在保護氣體和氫氣的條件下將氧化石墨加熱到iioo°c將其還 原?，F有技術化學法的缺點是1、化學法使用的強還原劑水合胼有毒，難以從產品中除去， 對環(huán)境造成破壞；2、還原氧化石墨耗用時間長，還原程度低。加熱法雖然能夠得到導電性能良好的氧化石墨烯，但是這種方法的缺點是1、產 率低；2、溫度要求高，能耗大；3、制得的氧化石墨烯產品質量不理想。所以使用加熱法也無 法進行大規(guī)模生產?，F有技術沒有一種方法能夠大數量的生產石墨烯，以致無法將這種對 科學技術的發(fā)展有重要促進作用的新材料，對現代電子技術、材料技術具有重要使用價值 的材料應用于生產實踐當中。由于石墨烯的對現代科學發(fā)展的重要作用，以及現有技術無法進行大規(guī)模生產的 狀況，發(fā)明一種生產方法簡單，耗時少，對環(huán)境無污染，氧化石墨烯產品還原程度高，易于實 現工業(yè)化規(guī)模生產的氧化石墨還原方法是十分重要的
發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是為了提供一種方法簡單，耗時少，對環(huán)境無污染，氧化石墨烯產品還原程度高，易于實現工業(yè)化規(guī)模生產的氧化石墨還原方法。本發(fā)明的目的是這樣來實現的激光照射法制備還原氧化石墨烯，步驟如下(1)在容器中放入極性溶劑，取氧化石墨溶于極性溶劑中，制備濃度為O.Olmg/ml-10mg/ml的極性氧化石墨溶液；(2)調節(jié)極性氧化石墨溶液的pH值為9-10，超聲振動1-2小時；(3)將步驟(2)制得的氧化石墨溶液置于頻率IHz以上、波長157-353nm、能量密 度40mJ/cm2以上的準分子激光下照射得還原氧化石墨烯。步驟⑴所述的極性溶劑為水、乙醇、乙二醇、二甲基甲酰胺、四氫呋喃、氮甲基吡 咯烷酮中的一種，容器為石英制容器。本發(fā)明的要點是在石英容器中制備極性氧化石墨溶液；調節(jié)溶液的pH值為9-10，超聲振動；使氧 化石墨均勻分散在極性溶劑之中。然后將均勻分散的氧化石墨溶液置于脈沖激光的照射 下，經一定時間照射得到還原氧化石墨烯。上述還原氧化石墨烯的制備方法，所使用的溶劑為極性溶劑，如水，乙醇，乙二醇， 二甲基甲酰胺，四氫呋喃，氮甲基吡咯烷酮等。上述還原氧化石墨烯的制備方法，所使用脈沖激光的波長范圍在157-353nm，頻率 范圍在IHz以上，能量密度40mJ/cm2以上。本發(fā)明原理是基于脈沖激光產生的瞬間高能量，照射在氧化石墨的骨架上，使其 骨架上的含氧基團被還原。氧化石墨在高能量脈沖激光的照射下，經過一定時間后，其內部 的含氧基團基本被除去，生成二氧化碳等氣體。由于仍有部分羧基存在于氧化石墨烯的邊 緣，未被還原，所以得到的還原氧化石墨烯仍可在堿性條件下穩(wěn)定存在，為采用濕法大規(guī)模 制備石墨烯提供了又一條可行之路。本發(fā)明在世界上首次采用激光照射法制備還原氧化石墨烯，具有明顯的新穎性和 創(chuàng)造性；本發(fā)明方法工藝、設備簡單，適于工業(yè)化規(guī)模生產，具有實用性。本發(fā)明的優(yōu)點是1、制備工藝簡單，耗時少。2、制備過程對環(huán)境無污染。3、制備的石墨烯產品還原程度高，產品質量好。4、設備簡單，適于工業(yè)化規(guī)模生產。


圖1為激光照射前后氧化石墨和還原氧化石墨烯溶液左圖為脈沖激光照射前氧化石墨溶液；右圖為脈沖激光照射后氧化石墨溶液。圖2為石墨粉末、氧化石墨粉末、還原氧化石墨粉末XRD圖(a)石墨粉末，(b)氧 化石墨粉末，(c)還原氧化石墨烯粉末。圖3為氧化石墨粉末、還原氧化石墨烯粉末Raman圖。具體實施方法實施例1
本實施例1方法是首先按照已有技術制備出氧化石墨粉末；然后稱量IOmg氧化石 墨粉末、量取0. 2ml質量分數50%的氫氧化鉀溶液、并使用水作為溶劑配制成pH值為9的 IOOml氧化石墨溶液。將配制好了的氧化石墨溶液使用超聲細胞粉碎機超聲振蕩1小時，使 氧化石墨均勻分散于水中。然后再將經超聲振蕩的氧化石墨溶液置于脈沖激光的照射下， 脈沖激光的參數為頻率10Hz，能量200mJ，波長248nm，照射時間為20分鐘。經過如上所 述的操作后即可得到穩(wěn)定均勻的還原氧化石墨烯溶液。實施例2 本實施例2方法是首先使用文獻中的方法制備出氧化石墨粉末。然后稱量IOOmg 氧化石墨粉末、量取0. 2ml質量分數50%的氫氧化鉀溶液、并使用乙醇作為溶劑配制成pH 值為9的IOOml氧化石墨溶液。再將配制好了的氧化石墨溶液使用超聲細胞粉碎機超聲振 蕩1小時，使氧化石墨均勻分散于水中。然后再將經超聲振蕩的氧化石墨溶液置于脈沖激 光的照射下，脈沖激光的參數為頻率20Hz，能量100mJ，波長248nm，照射時間為10分鐘。 經過如上所述的操作后即可得到穩(wěn)定均勻的還原氧化石墨烯溶液。上述實施例僅為本發(fā)明的優(yōu)選例，并不用來限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的原則之內， 所做的任何修改和變化，均在本發(fā)明的保護范圍之內。
權利要求
一種激光照射法制備還原氧化石墨烯，步驟如下(1)在容器中放入極性溶劑，取氧化石墨溶于極性溶劑中，制備濃度為0.01mg/ml-10mg/ml的極性氧化石墨溶液；(2)調節(jié)極性氧化石墨溶液的pH值為9-10，超聲振動1-2小時；(3)將步驟(2)制得的氧化石墨溶液置于頻率1Hz以上、波長157-353nm、能量密度40mJ/cm2以上的準分子激光下照射得還原氧化石墨烯。
2.根據權利要求1所述的激光照射法制備還原氧化石墨烯，其特征在于步驟(1)所 述的極性溶劑為水、乙醇、乙二醇、二甲基甲酰胺、四氫呋喃、氮甲基吡咯烷酮中的一種。
3.根據權利要求1所述的激光照射法制備還原氧化石墨烯，其特征在于步驟(1)所 述的容器為石英容器。
全文摘要
本發(fā)明屬于氧化石墨還原的方法，一種激光照射法制備還原氧化石墨烯?，F有技術沒有一種方法能夠大數量的生產石墨烯，無法將這種具有重要價值的材料應用。本發(fā)明步驟如下在石英容器中放入極性溶劑，取氧化石墨溶于極性溶劑中，制備濃度為0.01mg/ml-10mg/ml的極性氧化石墨溶液；調節(jié)極性氧化石墨溶液的pH值為9-10，超聲振動1-2小時；將制得的氧化石墨溶液置于頻率1Hz以上、波長157-353nm、能量密度40mJ/cm2以上的準分子激光下照射得還原氧化石墨烯。本發(fā)明的優(yōu)點是制備工藝簡單，耗時少；制備過程對環(huán)境無污染；制備的石墨烯產品還原程度高，產品質量好；設備簡單，適于工業(yè)化規(guī)模生產。
文檔編號C01B31/04GK101844761SQ201010186819
公開日2010年9月29日 申請日期2010年5月28日 優(yōu)先權日2010年5月28日
發(fā)明者劉洋, 紀樂春, 黃磊 申請人:上海師范大學