專利名稱：利用電場引導(dǎo)制備石墨烯紙的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及新材料合成領(lǐng)域，特別是涉及利用電場引導(dǎo)制備石墨烯紙的方法。
背景技術(shù)：
插層石墨在1841年被發(fā)現(xiàn)后就被廣泛深入的研究其性能及應(yīng)用，因其保持了石墨良好的性能又具備一些獨特的性能，可用于導(dǎo)體、超導(dǎo)體、電池等領(lǐng)域。石墨烯是2004年英國曼徹斯特大學(xué)的安德烈.K.海姆(Andre K.Geim)等發(fā)現(xiàn)的一種二維碳原子晶體，為單層或多層的極薄的碳材料。由于其獨特的結(jié)構(gòu)和光電性質(zhì)使其成為碳材料、納米技術(shù)、凝聚態(tài)物理和功能材料等領(lǐng)域的研究熱點，吸引了諸多科技工作者。單層石墨烯擁有許多優(yōu)良性質(zhì)，如1.高強度，楊氏摩爾量，(1，IOOGPa)，斷裂強度:(125GPa) ；2.高熱導(dǎo)率，(5，000W/mK) ；3.高導(dǎo)電性、載流子傳輸率，(200，000cm2/V*s)等。用石墨烯做成的石墨烯紙也很多優(yōu)良的性能，Ali R.Ranjbartoreh等人制備的石墨烯紙硬度達(dá)碳鋼的兩倍，厚度只有3um,但抗拉強度只有約78MPa(Ali R.Ranjbartoreh etal.JOURNAL OF APPLIED PHYSICS 109，014306，2011.)，Xiaowei Yang 等先制備氧化石墨紙，經(jīng)還原后成為石墨烯紙，平均彈性模量只有76MPa,機械強度偏低(Xiaowei Yang, etal.Angew.Chem.1nt.Ed.2011, 50, 7325-7328)。

發(fā)明內(nèi)容
為解決上述問題，本發(fā)明旨在提供利用電場引導(dǎo)制備石墨烯紙的方法，通過該方法能夠制得機械性能良 好的石墨烯紙。本發(fā)明提供的利用電場引導(dǎo)制備石墨烯紙的方法，包括以下步驟:(I)取氯化物插層石墨,加入去離子水,攪拌下配成濃度為5 10g/L的插層石墨懸濁液；(2)將插層石墨懸濁液進(jìn)行超聲波處理，使得插層石墨進(jìn)行剝離，制得含有石墨烯的溶液；(3)將含有石墨烯的溶液倒入過濾漏斗中，并將過濾漏斗置于電場強度為50 200V/m的均勻電場中，在電場力與電荷相互作用力的引導(dǎo)下，含有石墨烯的溶液中的石墨烯發(fā)生沉積；(4)待石墨烯基本沉積后，進(jìn)行過濾，烘干含濾物的濾紙，制得石墨烯紙。步驟(I)為通過氯化物插層石墨制得插層石墨懸濁液。所述的氯化物插層石墨可采用常見的熔鹽法或電化學(xué)法制得。優(yōu)選地，氯化物選自氯化鐵、氯化鎳、氯化銅、氯化鈷、氯化鉀、氯化鉛和氯化鋅中的一種或其任意組合。步驟(2)為利用超聲波將插層石墨進(jìn)行剝離，制得含有石墨烯的溶液。所述含有石墨烯的溶液中仍可能存在著部分未發(fā)生剝離的插層石墨。優(yōu)選地，超聲時間為10 15分鐘。所述超聲過程可使用超聲清洗儀，所述超聲清洗儀的功率優(yōu)選為150 400w。步驟(3)為利用電場引導(dǎo)沉積石墨烯。大部分從插層石墨上剝離出來產(chǎn)生的石墨烯在電場力與電荷相互作用力的引導(dǎo)下會以“砌墻”的方式進(jìn)行堆疊，發(fā)生沉積。優(yōu)選地，步驟(4)中，還包括對濾液的檢查步驟:用含Ag+的溶液檢測濾液，如無氯離子，則將取下含濾物的濾紙；否則，再次過濾濾液。更優(yōu)選地，再次過濾為緩慢往過濾漏斗中加入80 90°C的熱水進(jìn)行過濾。優(yōu)選地，烘干條件為:在60°C溫度下烘干12 18小時。本發(fā)明提供的利用電場引導(dǎo)制備石墨烯紙的方法，設(shè)備簡單，操作簡易可行，易于實現(xiàn)自動化及工業(yè)化生產(chǎn)，其過程中石墨烯排列有序。通過本發(fā)明制備方法制得的石墨烯紙具有機械性能好，厚度可由插層石墨的量控制等優(yōu)點，與常見的氧化還原法制備的石墨烯紙相比導(dǎo)電性高。


圖1為本發(fā)明實施例一所制得的石墨烯紙SEM圖。
具體實施例方式以下所述是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。本發(fā)明提供了利用電場引導(dǎo)制備石墨烯紙的方法，包括以下步驟:(I)取氯化物插層石墨,加入去離子水,攪拌下配成濃度為5 10g/L的插層石墨懸濁液； (2)將插層石墨懸濁液進(jìn)行超聲波處理，使得插層石墨進(jìn)行剝離，制得含有石墨烯的溶液；(3)將含有石墨烯的溶液倒入過濾漏斗中，并將過濾漏斗置于電場強度為50 200V/m的均勻電場中，在電場力與電荷相互作用力的引導(dǎo)下，含有石墨烯的溶液中的石墨烯發(fā)生沉積；(4)待石墨烯基本沉積后，進(jìn)行過濾，隨后整體取下含濾物的濾紙，烘干，即為石墨烯紙。步驟(I)為通過氯化物插層石墨制得插層石墨懸濁液。所述的氯化物插層石墨可采用常見的熔鹽法或電化學(xué)法制得。氯化物選自氯化鐵、氯化鎳、氯化銅、氯化鈷、氯化鉀、氯化鉛和氯化鋅中的一種或其任意組合。步驟⑵為利用超聲波將插層石墨進(jìn)行剝離，制得含有石墨烯的溶液。所述含有石墨烯的溶液中仍可能存在著部分未發(fā)生剝離的插層石墨。超聲時間為10 15分鐘。所述超聲過程可使用超聲清洗儀，所述超聲清洗儀的功率優(yōu)選為150 400w。步驟(3)為利用電場引導(dǎo)沉積石墨烯。大部分從插層石墨上剝離出來產(chǎn)生的石墨烯在電場力與電荷相互作用力的引導(dǎo)下會以“砌墻”的方式進(jìn)行堆疊，發(fā)生沉積。待石墨烯基本沉積后，進(jìn)行初次過濾。過濾過程中可去除未發(fā)生剝離的插層石墨。優(yōu)選地，步驟(4)中，還包括對濾液的檢查步驟:用含Ag+的溶液檢測濾液，如無氯離子，則將取下含濾物的濾紙；否則，再次過濾濾液；所述含Ag+的溶液優(yōu)選AgNO3溶液。更優(yōu)選地，再次過濾為緩慢往過濾漏斗中加入80 90°C的熱水進(jìn)行過濾。烘干條件為:在60°C溫度下烘干12 18小時。本發(fā)明提供的利用電場引導(dǎo)制備石墨烯紙的方法，設(shè)備簡單，操作簡易可行，易于實現(xiàn)自動化及工業(yè)化生產(chǎn)，其過程中石墨烯排列有序。通過本發(fā)明制備方法制得的石墨烯紙具有機械性能好，厚度可由插層石墨的量控制等優(yōu)點，與常見的氧化還原法制備的石墨烯紙相比導(dǎo)電性高。實施例一利用電場引導(dǎo)制備石墨烯紙的方法，包括以下步驟:(I)取IOg氯化鐵插層石墨加入到燒杯中，然后加入IL去離子水，攪拌下配成濃度為10g/L的插層石墨懸池液；(2)將插層石墨懸濁液進(jìn)行超聲波處理，使用超聲清洗儀超聲10分鐘，超聲清洗儀的功率優(yōu)選為150w，使得插層石墨進(jìn)行剝離，制得含有石墨烯的溶液；(3)將含有 石墨烯的溶液倒入過濾漏斗中，并將過濾漏斗置于電場強度為200V/m的均勻電場中，在電場力與電荷相互作用力的引導(dǎo)下，含有石墨烯的溶液中的石墨烯發(fā)生沉積；(4)待石墨烯基本沉積后，直接過濾，完成直接過濾后，緩慢往過濾漏斗中加入900C的熱水進(jìn)行再次過濾，至用AgNO3檢測濾液無氯離子后，再將過濾漏斗內(nèi)的含濾物的濾紙整體取下，在60°C下烘干18小時，制得石墨烯紙。圖1為本發(fā)明實施例一所制得的石墨烯紙SEM圖。從圖1中可以看出，制得的石墨烯紙為層疊結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)類似以“砌墻”的方式進(jìn)行堆疊。經(jīng)美國CETR公司的薄膜力學(xué)性能測試儀測試，本實施例制得的石墨烯紙的抗拉強度測試數(shù)據(jù)為623MPa。實施例二利用電場引導(dǎo)制備石墨烯紙的方法，包括以下步驟:(I)取5g氯化鈷插層石墨加入到燒杯中，然后加入IL去離子水，攪拌下配成濃度為5g/L的插層石墨懸池液；(2)將插層石墨懸濁液進(jìn)行超聲波處理，使用超聲清洗儀超聲15分鐘，超聲清洗儀的功率優(yōu)選為400w，使得插層石墨進(jìn)行剝離，制得含有石墨烯的溶液；(3)將含有石墨烯的溶液倒入過濾漏斗中，并將過濾漏斗置于電場強度為50V/m的均勻電場中，在電場力與電荷相互作用力的引導(dǎo)下，含有石墨烯的溶液中的石墨烯發(fā)生沉積；(4)待石墨烯基本沉積后，直接過濾，完成直接過濾后，緩慢往過濾漏斗中加入80°c的熱水進(jìn)行再次過濾，至用AgNO3檢測濾液無氯離子后，再將過濾漏斗內(nèi)的含濾物的濾紙整體取下，在60°C下烘干12小時，制得石墨烯紙。經(jīng)美國CETR公司的薄膜力學(xué)性能測試儀測試，本實施例制得的石墨烯紙的抗拉強度測試數(shù)據(jù)為474MPa。實施例三利用電場引導(dǎo)制備石墨烯紙的方法，包括以下步驟:(I)取6g氯化鉀插層石墨加入到燒杯中，然后加入IL去離子水，攪拌下配成濃度為6g/L的插層石墨懸池液；
(2)將插層石墨懸濁液進(jìn)行超聲波處理，使用超聲清洗儀超聲12分鐘，超聲清洗儀的功率優(yōu)選為200w，使得插層石墨進(jìn)行剝離，制得含有石墨烯的溶液；(3)將含有石墨烯的溶液倒入過濾漏斗中，并將過濾漏斗置于電場強度為100V/m的均勻電場中，在電場力與電荷相互作用力的引導(dǎo)下，含有石墨烯的溶液中的石墨烯發(fā)生沉積；(4)待石墨烯基本沉積后，直接過濾，完成直接過濾后，緩慢往過濾漏斗中加入830C的熱水進(jìn)行再次過濾，至用AgNO3檢測濾液無氯離子后，再將過濾漏斗內(nèi)的含濾物的濾紙整體取下，在60°C下烘干15小時，制得石墨烯紙。經(jīng)美國CETR公司的薄膜力學(xué)性能測試儀測試，本實施例制得的石墨烯紙的抗拉強度測試數(shù)據(jù)為536MPa。實施例四利用電場引導(dǎo)制備石墨烯紙的方法，包括以下步驟:(I)取Sg氯化鎳插層石墨加入到燒杯中，然后加入IL去離子水，攪拌下配成濃度為8g/L的插層石墨懸池液；(2)將插層石墨懸濁液進(jìn)行超聲波處理，使用超聲清洗儀超聲14分鐘，超聲清洗儀的功率優(yōu)選為250w，使得插層石墨進(jìn)行剝離，制得含有石墨烯的溶液；(3)將含有石墨烯的溶液倒入過濾漏斗中，并將過濾漏斗置于電場強度為120V/m的均勻電場中，在電場力與電荷相互作用力的引導(dǎo)下，含有石墨烯的溶液中的石墨烯發(fā)生沉積；(4)待石墨烯基本·沉積后，直接過濾，完成直接過濾后，緩慢往過濾漏斗中加入850C的熱水進(jìn)行再次過濾，至用AgNO3檢測濾液無氯離子后，再將過濾漏斗內(nèi)的含濾物的濾紙整體取下，在60°C下烘干14小時，制得石墨烯紙。經(jīng)美國CETR公司的薄膜力學(xué)性能測試儀測試，本實施例制得的石墨烯紙的抗拉強度測試數(shù)據(jù)為487MPa。
權(quán)利要求
1.利用電場引導(dǎo)制備石墨烯紙的方法，其特征在于，包括以下步驟 (1)取氯化物插層石墨，加入去離子水，攪拌下配成濃度為5 10g/L的插層石墨懸池液； (2)將所述插層石墨懸濁液進(jìn)行超聲波處理，使得所述插層石墨進(jìn)行剝離，制得含有石墨稀的溶液； (3)將所述含有石墨烯的溶液倒入過濾漏斗中，并將所述過濾漏斗置于電場強度為50 200V/m的均勻電場中，在電場力與電荷相互作用力的引導(dǎo)下，所述含有石墨烯的溶液中的石墨烯發(fā)生沉積； (4)待所述石墨稀基本沉積后，進(jìn)彳丁過濾，供干含濾物的濾紙，制得石墨稀紙。
2.如權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，步驟(I)中，所述氯化物選自氯化鐵、氯化鎳、氯化銅、氯化鈷、氯化鉀、氯化鉛和氯化鋅中的一種或其任意組合。
3.如權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，步驟(2)中，所述超聲時間為10 15分鐘。
4.如權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，步驟(2)中，所述超聲過程使用超聲清洗儀，所述超聲清洗儀的功率優(yōu)選為150 400w。
5.如權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，步驟(4)中，還包括對濾液的檢查步驟用含Ag+的溶液檢測濾液，如無氯離子，則將取下含濾物的濾紙；否則，再次過濾濾液。
6.如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，步驟(4)中，所述再次過濾為緩慢往過濾漏斗中加入80 90°C的熱水進(jìn)行過濾。
7.如權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，步驟(4)中，所述烘干條件為在60°C溫度下烘干12 18小時。
全文摘要
本發(fā)明提供了利用電場引導(dǎo)制備石墨烯紙的方法，包括以下步驟取氯化物插層石墨，加入去離子水，攪拌下配成插層石墨懸濁液，利用超聲波將插層石墨進(jìn)行剝離，制得含有石墨烯的溶液，將含有石墨烯的溶液倒入過濾漏斗中，置于電場強度為50～200V/m的均勻電場中，含有石墨烯的溶液中的石墨烯發(fā)生沉積，待石墨烯基本沉積后，進(jìn)行過濾，烘干含濾物的濾紙，制得石墨烯紙。本發(fā)明設(shè)備簡單，操作簡易可行，易于實現(xiàn)自動化及工業(yè)化生產(chǎn)，其過程中石墨烯排列有序，制得的石墨烯紙具有機械性能好，厚度可由插層石墨的量控制等優(yōu)點，與常見的氧化還原法制備的石墨烯紙相比導(dǎo)電性高。
文檔編號C01B31/04GK103255670SQ20121003825
公開日2013年8月21日 申請日期2012年2月20日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月20日
發(fā)明者周明杰, 袁新生, 王要兵 申請人:海洋王照明科技股份有限公司, 深圳市海洋王照明技術(shù)有限公司