一種石墨烯的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于石墨烯領(lǐng)域，其公開了一種石墨烯的制備方法，包括步驟：將離子液體加入溶劑中超聲分散，形成離子液體溶液；將可膨脹石墨加入到所述離子液體溶液中，再次超聲分散，得到懸浮液，然后將此懸浮液置于瑪瑙磨球的球磨罐中進(jìn)行球磨處理，得到石墨烯微片溶液；將所得到的石墨烯微片溶液中放入反應(yīng)器中密封后進(jìn)行熱處理，得到石墨烯。本發(fā)明提供的石墨烯制備方法，其通過(guò)將可膨脹石墨球磨成石墨烯微片，減少石墨的層數(shù)，且通過(guò)球磨剝離的石墨較為均勻，再通過(guò)臨界流體瞬間釋放的壓力，破壞石墨層與層之間的范德華力，可得到單層率較高的石墨烯，且分散均勻的石墨烯。
【專利說(shuō)明】—種石墨烯的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及石墨烯領(lǐng)域,尤其涉及一種石墨烯的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]自從英國(guó)曼徹斯特大學(xué)的安德烈.K.海姆(Andre K.Geim)等在2004年制備出石墨烯材料，由于其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)和光電性質(zhì)受到了人們廣泛的重視。單層石墨由于其大的比表面積，優(yōu)良的導(dǎo)電、導(dǎo)熱性能和低的熱膨脹系數(shù)而被認(rèn)為是理想的材料。如:①高強(qiáng)度，楊氏摩爾量，(1，IOOGPa)，斷裂強(qiáng)度:(125GPa);②高熱導(dǎo)率，(5, 000ff/mK);③高導(dǎo)電性、載流子傳輸率，(200, OOOcmVV -s);④高的比表面積，(理論計(jì)算值:2，630m2/g)。尤其是其高導(dǎo)電性質(zhì)，大的比表面性質(zhì)和其單分子層二維的納米尺度的結(jié)構(gòu)性質(zhì)，可在超級(jí)電容器和鋰離子電池中用作電極材料。到目前為止，所知道的制備石墨烯的方法有許多種，如:(1)微機(jī)械剝離法。這種方法只能產(chǎn)生數(shù)量極為有限石墨烯片，可作為基礎(chǔ)研究；(2)超高真空石墨烯外延生長(zhǎng)法。這種方法的高成本以及小圓片的結(jié)構(gòu)限制了其應(yīng)用；(3)氧化-還原法。整個(gè)過(guò)程涉及到將石墨氧化成氧化石墨，氧化石墨剝落產(chǎn)生的石墨烯氧化物，再通過(guò)化學(xué)或熱還原為石墨烯。此方法合成的石墨烯較容易產(chǎn)生缺陷；(4)化學(xué)氣相沉積法(CVD)。此方法可以滿足規(guī)模化制備高質(zhì)量石墨烯的要求，但成本較高，工藝復(fù)雜。(5)插層剝離法。此方法是一種可以大量制備石墨烯的方法，且通過(guò)插層并沒(méi)有破壞石墨的本身結(jié)構(gòu)，不會(huì)產(chǎn)生缺陷，制備的石墨烯性能較高，但是通過(guò)此方法較難得到層數(shù)較低的石墨烯，且插層剝離之后石墨烯較容易團(tuán)聚。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明所要解決的問(wèn)題在于提供一種石墨烯分散均勻的制備方法。
[0004]本發(fā)明提供的一種石墨烯的制備方法，剝離效果較好，且剝離之后不容易團(tuán)聚。先通過(guò)將可膨脹石墨，加入到離子液體的溶劑中，進(jìn)行球磨剝離，離子液體溶液插層進(jìn)入石墨層間，將石墨剝離成石墨烯微片，然后再將此石墨烯微片放入高溫高壓反應(yīng)釜中，加熱加壓到溶劑的臨界溫度，反應(yīng)一定時(shí)間后，卸掉壓力，得到石墨烯粗產(chǎn)品，然后通過(guò)乙醇反復(fù)沖洗，過(guò)濾，干燥得到石墨烯。
[0005]本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
[0006]一種石墨烯的制備方法，包括如下步驟:
[0007]將離子液體加入溶劑中超聲分散，形成離子液體溶液；所述離子液體與溶劑的質(zhì)量比為1:1-1:5;
[0008]將可膨脹石墨加入到所述離子液體溶液中，再次超聲分散，得到懸浮液，然后將此懸浮液，按照瑪瑙球與懸浮液的質(zhì)量比為15:1-20:1的球料比，置于瑪瑙磨球的球磨罐中進(jìn)行球磨處理，得到石墨烯微片溶液；所述可膨脹石墨與離子液體的質(zhì)量比為1:1-1:5 ;
[0009]將所得到的石墨烯微片溶液放入反應(yīng)器中密封后，于240°C _400°C和5_25MPa下進(jìn)行熱壓處理10-60min，卸掉反應(yīng)器的壓力，得到石墨烯。[0010]所述石墨烯的制備方法，優(yōu)選，所述離子液體為咪唑類離子液體，更有選為，咪唑類離子液體為1，3-二甲基咪唑四氟硼酸鹽，1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸鹽，1-乙基-3-甲基咪唑甲磺酸鹽，1-十六烷基-3-甲基咪唑溴鹽或1-十六烷基-3-乙基咪唑溴鹽。
[0011]所述石墨烯的制備方法，優(yōu)選，所述溶劑為水、異丙醇、甲醇或DMF (N, N- 二甲基甲酰胺)。
[0012]所述石墨烯的制備方法，優(yōu)選，所述離子液體溶液形成時(shí)，超聲分散的時(shí)間為5_20mino
[0013]所述石墨烯的制備方法，優(yōu)選，所述可膨脹石墨的平均粒徑25-500 μ m。
[0014]所述石墨烯的制備方法，優(yōu)選，所述可膨脹石墨加入到所述離子液體溶液中，再次超聲分散的時(shí)間為l-10min。
[0015]所述石墨烯的制備方法，優(yōu)選，所述球磨處理是在行星式高能球磨機(jī)上進(jìn)行的；所述球磨處理時(shí)，球磨轉(zhuǎn)速為350-450轉(zhuǎn)/分鐘，球磨時(shí)間l_5h，且每球磨I小時(shí)休息20分鐘。
[0016]所述石墨烯的制備方法，優(yōu)選，所述熱處理后，還對(duì)制得的石墨烯進(jìn)行純化干燥處理:將熱處理后得到的產(chǎn)物用乙醇反復(fù)沖洗、過(guò)濾，隨后于60°C下真空干燥，得到純化的石墨稀。
[0017]本發(fā)明提供的石墨烯制備方法，其通過(guò)將可膨脹石墨球磨成石墨烯微片，減少石墨的層數(shù)，且通過(guò)球磨剝離的石墨較為均勻，再通過(guò)臨界流體瞬間釋放的壓力，破壞石墨層與層之間的范德華力，可得到單層率較高的石墨烯，且分散均勻的石墨烯；同時(shí)，制得的石墨烯，缺陷少，電導(dǎo)率高，通過(guò)可膨脹石墨作為原料，成本低廉，易于規(guī)?；?。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0018]圖1為實(shí)施例1制得的石墨烯的SEM圖。
【具體實(shí)施方式】
[0019]下面結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明的較佳實(shí)施例作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。
[0020]實(shí)施例1
[0021]本發(fā)明一種石墨烯制備方法如下:
[0022](1)可膨脹石墨:平均粒徑25 μ m ;
[0023](2)石墨烯微片:將IOg 1，3_ 二甲基咪唑四氟硼酸鹽離子液體加入1Og水中，超聲處理5min，然后將1Og可膨脹石墨加入到離子液體溶液中，超聲lmin，得到懸浮液，然后將此懸浮液，按照瑪瑙球與懸浮液的質(zhì)量比為15:1的球料比，置于瑪瑙磨球的球磨罐中，置于行星式高能球磨機(jī)上。調(diào)整球磨轉(zhuǎn)速為350轉(zhuǎn)/分鐘，球磨時(shí)間lh，每球磨一小時(shí)休息20分鐘，得到石墨烯微片溶液。
[0024](3)石墨烯:將所得到的懸浮液中放入高溫高壓反應(yīng)釜中，將其密封好，然后將其加熱到400°C，壓力在25MPa下，保持lOmin，卸掉反應(yīng)釜內(nèi)的壓力，得到石墨烯初產(chǎn)品，將此用乙醇反復(fù)沖洗，過(guò)濾，60°C真空干燥，得到石墨烯。
[0025]圖1為實(shí)施例1制得的石墨烯的SEM圖。由圖1可知，石墨烯有一定的褶皺，并無(wú)出現(xiàn)團(tuán)聚。
[0026]實(shí)施例2
[0027]本發(fā)明一種石墨烯制備方法如下:
[0028](I)可膨脹石墨:平均粒徑100 μ m,；
[0029](2)石墨烯微片:將IOg 1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸鹽離子液體加入到30g甲醇中，超聲處理15min，形成離子液體溶液，將5g可膨脹石墨加入到離子液體溶液中，超聲2min，得到懸浮液，然后將此懸浮液，按照瑪瑙球與懸浮液的質(zhì)量比為16:1的球料比，置于瑪瑙磨球的球磨罐中，置于行星式高能球磨機(jī)上。調(diào)整球磨轉(zhuǎn)速為400轉(zhuǎn)/分鐘，球磨時(shí)間2h，每球磨一小時(shí)休息20分鐘，得到石墨烯微片溶液。
[0030](3)石墨烯:將所得到的懸浮液中放入高溫高壓反應(yīng)釜中，將其密封好，然后將其加熱到240°C，壓力在8MPa下，保持20min，卸掉反應(yīng)釜內(nèi)的壓力，得到石墨烯初產(chǎn)品，將此用乙醇反復(fù)沖洗，過(guò)濾，60°C真空干燥，得到石墨烯。
[0031]實(shí)施例3
[0032]本發(fā)明一種石墨烯制備方法如下:
[0033](I)可膨脹石墨:平均粒徑300μπι ; [0034](2)石墨烯微片:將IOg 1-乙基-3-甲基咪唑甲磺酸鹽離子液體加入40g異丙醇溶劑中，超聲處理lOmin，形成離子液體溶液，將2.5g可膨脹石墨加入到離子液體溶液中，超聲5min，得到懸浮液，然后將此懸浮液，按照瑪瑙球與懸浮液的質(zhì)量比為18:1的球料比，置于瑪瑙磨球的球磨罐中，置于行星式高能球磨機(jī)上。調(diào)整球磨轉(zhuǎn)速為420轉(zhuǎn)/分鐘，球磨時(shí)間3h，每球磨一小時(shí)休息20分鐘，得到石墨烯微片溶液。
[0035](3)石墨烯:將所得到的懸浮液中放入高溫高壓反應(yīng)釜中，將其密封好，然后將其加熱到250°C，壓力在5MPa下，保持30min，卸掉反應(yīng)釜內(nèi)的壓力，得到石墨烯初產(chǎn)品，將此用乙醇反復(fù)沖洗，過(guò)濾，60°C真空干燥，得到石墨烯。
[0036]實(shí)施例4
[0037]本發(fā)明一種石墨烯制備方法如下:
[0038]( I)可膨脹石墨:平均粒徑500 μ m ;
[0039](2)石墨烯微片:將IOg 1-十六烷基-3-甲基咪唑溴鹽離子液體加入50g的DMF溶劑中，超聲處理20min，形成離子液體溶液，將2g可膨脹石墨加入到離子液體溶液中，超聲lOmin，得到懸浮液，然后將此懸浮液，按照瑪瑙球與懸浮液的質(zhì)量比為20:1的球料比，置于瑪瑙磨球的球磨罐中，置于行星式高能球磨機(jī)上。調(diào)整球磨轉(zhuǎn)速為450轉(zhuǎn)/分鐘，球磨時(shí)間5h，每球磨一小時(shí)休息20分鐘，得到石墨烯微片溶液。
[0040](3)石墨烯:將所得到的懸浮液中放入高溫高壓反應(yīng)釜中，將其密封好，然后將其加熱到400°C，壓力在5MPa下，保持60min，卸掉反應(yīng)釜內(nèi)的壓力，得到石墨烯初產(chǎn)品，將此用乙醇反復(fù)沖洗，過(guò)濾，60°C真空干燥，得到石墨烯。
[0041]石墨烯的電導(dǎo)率測(cè)試
[0042]通過(guò)四探針?lè)y(cè)定石墨烯的電導(dǎo)率，測(cè)試結(jié)果如表1所示。從電導(dǎo)率數(shù)據(jù)來(lái)說(shuō)，所制備石墨烯的電導(dǎo)率較高。
[0043]表1
[0044]
【權(quán)利要求】
1.一種石墨烯的制備方法，其特征在于，包括如下步驟: 將離子液體加入溶劑中超聲分散，形成離子液體溶液；所述離子液體與溶劑的質(zhì)量比為 1:1-1:5 ； 將可膨脹石墨加入到所述離子液體溶液中，再次超聲分散，得到懸浮液，然后將此懸浮液，按照瑪瑙球與懸浮液的質(zhì)量比為15:1-20:1的球料比，置于瑪瑙磨球的球磨罐中進(jìn)行球磨處理，得到石墨烯微片溶液；所述可膨脹石墨與離子液體的質(zhì)量比為1:1-1:5 ; 將所得到的石墨烯微片溶液放入反應(yīng)器中密封后，于240°C -400°C和5-25MPa下進(jìn)行熱處理10-60min，卸掉反應(yīng)器的壓力，得到石墨烯。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的石墨烯的制備方法，其特征在于，所述離子液體為1，3_二甲基咪唑四氟硼酸鹽，1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸鹽，1-乙基-3-甲基咪唑甲磺酸鹽，1-十六烷基-3-甲基咪唑溴鹽或1-十六烷基-3-乙基咪唑溴鹽。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的石墨烯的制備方法，其特征在于，所述溶劑為水、異丙醇、甲醇或N，N-二甲基甲酰胺。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的石墨烯的制備方法，其特征在于，所述離子液體溶液形成時(shí)，超聲分散的時(shí)間為5-20min。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的石墨烯的制備方法，其特征在于，所述可膨脹石墨的平均粒徑 25-500 μ m。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的石墨烯的制備方法，其特征在于，所述可膨脹石墨加入到所述離子液體溶液中，再次超聲分散的時(shí)間為l-10min。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的石墨烯的制備方法，其特征在于，所述球磨處理是在行星式高能球磨機(jī)上進(jìn)行的。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的石墨烯的制備方法，其特征在于，所述球磨處理時(shí)，球磨轉(zhuǎn)速為350-450轉(zhuǎn)/分鐘，球磨時(shí)間l_5h，且每球磨I小時(shí)休息20分鐘。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的石墨烯的制備方法，其特征在于，所述反應(yīng)器為高溫高壓反應(yīng)釜。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的石墨烯的制備方法，其特征在于，所述熱壓處理后，還對(duì)制得的石墨烯進(jìn)行純化干燥處理:將熱壓處理后得到的產(chǎn)物用乙醇反復(fù)沖洗、過(guò)濾，隨后于60°C下真空干燥，得到純化的石墨烯。
【文檔編號(hào)】C01B31/04GK103896259SQ201210574223
【公開日】2014年7月2日 申請(qǐng)日期:2012年12月26日 優(yōu)先權(quán)日:2012年12月26日
【發(fā)明者】周明杰, 吳鳳, 王要兵 申請(qǐng)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, 深圳市海洋王照明工程有限公司