本發(fā)明屬于復合材料領域，具體為一種超細金剛石-石墨烯復合材料的制備方法。

背景技術：

超細金剛石不僅具有硬度高、摩擦系數小、禁帶寬、載流子遷移率高、場發(fā)射閾值低等優(yōu)異的物理性能，還因為其小尺寸效應擁有大的比表面積和反應活性。石墨烯是六角型蜂巢晶格的平面薄膜，是只有一個碳原子厚度的典型二維材料。石墨烯的導電率和遷移率非常高，是性能優(yōu)異的導體材料，但易堆積影響其實際應用。若將石墨烯與超細金剛石復合，可以很好的利用這兩種材料的優(yōu)勢，增強力學和電學性能，有利于實現超細金剛石和石墨烯在工程和功能材料領域的應用。

技術實現要素：

本發(fā)明的目的在于克服現有技術之不足，提供一種超細金剛石-石墨烯復合材料的制備方法，具體步驟為：

1)將超細金剛石與石墨烯混合于溶劑中形成分散液，其中超細金剛石的粒徑為5nm～5μm，超細金剛石和石墨烯的質量比為0.05～5，溶劑為水、乙醇和丙酮的一種或兩種組合，所述分散液的濃度為0.1～10wt％；

2)所述分散液通過抽濾裝置進行抽濾，去除濾紙，得到超細金剛石-石墨烯混合薄膜，所述薄膜的厚度為0.1μm～1mm；

3)將超細金剛石-石墨烯混合薄膜于800℃～1200℃下真空熱處理0.5～2h，獲得超細金剛石-石墨烯復合材料。

優(yōu)選的，所述超細金剛石的粒徑為10nm～1μm。

優(yōu)選的，所述超細金剛石和石墨烯的質量比為0.1～1。

優(yōu)選的，超細金剛石和石墨烯的總濃度為0.2～2wt％。

優(yōu)選的，所述步驟2)中，所述分散液通過抽濾裝置進行抽濾，抽濾后連帶濾紙一起取出過濾層，泡于丙酮溶液中以去除濾紙，得到超細金剛石-石墨烯混合薄膜。

優(yōu)選的，所述濾紙是水性濾紙，孔徑為0.15～1.2μm(例如0.15μm、0.3μm、0.45μm、0.65μm、0.8μm、1.2μm)。

上述方法制備的超細金剛石-石墨烯復合材料應用于超細磨料工具、超級電容器、場致發(fā)射顯示器或半導體器件。

本發(fā)明的優(yōu)點在于：

1.通過本發(fā)明的方法制備的超細金剛石-石墨烯復合材料中金剛石表面石墨化，與石墨烯形成碳碳鍵合，性能穩(wěn)定，使得力學和電學性能都得到了明顯的增強。該復合材料對實現金剛石和石墨烯在超細磨料工具、超級電容器、場致發(fā)射顯示器、半導體器件等領域的應用，具有十分重要的科學意義和工程價值。

2.本發(fā)明的制備方法簡單，條件溫和，可控性強，適于實際生產應用。

以下結合附圖及實施例對本發(fā)明作進一步詳細說明；但本發(fā)明的一種超細金剛石-石墨烯復合材料的制備方法不局限于實施例。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的工藝流程圖；

圖2是本發(fā)明實施例1制得的超細金剛石-石墨烯復合材料的掃描電鏡照片。

具體實施方式

參考圖1，本發(fā)明的一種超細金剛石-石墨烯復合材料的制備方法，首先是將超細金剛石與石墨烯混合于溶劑中形成分散液。其中超細金剛石的粒徑為5nm～5μm，進一步優(yōu)選為10nm～1μm；超細金剛石和石墨烯的質量比為0.05～5，進一步優(yōu)選為0.1～1；超細金剛石和石墨烯的總濃度為0.1～10wt％，進一步優(yōu)選為0.2～2wt％。溶劑是水、乙醇和丙酮的一種或兩種組合。然后，將分散液通過抽濾裝置進行抽濾，抽濾后連帶濾紙一起取出過濾層，泡于丙酮溶液中以去除濾紙，得到超細金剛石-石墨烯混合薄膜。濾紙是可溶解于丙酮的水性濾紙，孔徑為0.15～1.2μm。制得的薄膜厚度為0.1μm～1mm。將超細金剛石-石墨烯混合薄膜于800℃～1200℃下真空熱處理0.5～2h，在此熱處理條件下，金剛石表面石墨化，與石墨烯形成碳碳鍵合，獲得超細金剛石-石墨烯復合材料。

本方法制得的復合材料性能穩(wěn)定，且兼具金剛石和石墨烯的優(yōu)勢，在多個領域具有廣泛的應用。

實施例1

將尺寸為50nm的超細金剛石與石墨烯按0.6的質量比混合在水中形成分散液，其中超細金剛石和石墨烯的總濃度為0.2wt％。將分散液通過抽濾裝置進行抽濾成膜。抽濾所用濾紙為水性濾紙，孔徑為0.15μm。抽濾后連帶濾紙一起取出過濾層，泡于丙酮溶液中去除濾紙，得到超細金剛石與石墨烯混合薄膜，膜厚為1μm。將該薄膜置于管式爐的石英管中，于800℃熱處理0.5h，得到超細金剛石-石墨烯復合材料。該超細金剛石-石墨烯復合材料應用于超級電容器。圖2為本實施例制得的超細金剛石-石墨烯復合材料的掃描電鏡照片。

實施例2

將尺寸為1μm的超細金剛石與石墨烯按實施例1的質量比混合在水中形成分散液，其中超細金剛石和石墨烯的總濃度為2wt％。將分散液通過抽濾裝置進行抽濾成膜。抽濾所用濾紙為水性濾紙，孔徑為0.8μm。抽濾后連帶濾紙一起取出過濾層，泡于丙酮溶液中去除濾紙，得到超細金剛石與石墨烯混合薄膜，膜厚為0.1mm。將該薄膜置于管式爐的石英管中，于1200℃熱處理2h，得到超細金剛石-石墨烯復合材料。該超細金剛石-石墨烯復合材料應用于超細磨料工具。

實施例3

將尺寸為100nm的超細金剛石與石墨烯按0.2的質量比混合在水中形成分散液，其中超細金剛石和石墨烯的總濃度為0.5wt％。將分散液通過抽濾裝置進行抽濾成膜。抽濾所用濾紙為水性濾紙，孔徑為0.3μm。抽濾后連帶濾紙一起取出過濾層，泡于丙酮溶液中去除濾紙，得到超細金剛石與石墨烯混合薄膜，膜厚為100μm。將該薄膜置于管式爐的石英管中，于1000℃熱處理1.5h，得到超細金剛石-石墨烯復合材料。該超細金剛石-石墨烯復合材料應用于場致發(fā)射顯示器。

上述實施例僅用來進一步說明本發(fā)明的一種超細金剛石-石墨烯復合材料的制備方法，但本發(fā)明并不局限于實施例，凡是依據本發(fā)明的技術實質對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，均落入本發(fā)明技術方案的保護范圍內。