本發(fā)明涉及納米材料領(lǐng)域，具體涉及一種高速分散剝離白石墨烯的方法。

背景技術(shù)：

石墨烯的發(fā)現(xiàn)引發(fā)了科學(xué)界對二維材料的研究熱潮。二維材料具有高的比強(qiáng)度、良好的電學(xué)和熱學(xué)性能、良好的透光性等，引發(fā)了科學(xué)界對其進(jìn)行廣泛的研究。過度金屬硫化物、h-BN、硅烯、高嶺石等一系列的二維材料被開發(fā)出來，這些產(chǎn)品具有優(yōu)異的性能使得其在工業(yè)上的應(yīng)用被人們賦予廣泛的期待。h-BN作為一種新型的二維材料，同樣具備優(yōu)良的性能。

白石墨烯結(jié)構(gòu)與石墨烯結(jié)構(gòu)類似：其本質(zhì)是單層或者六方結(jié)構(gòu)的二維結(jié)構(gòu)，sp2雜化的B、N原子按1:1形成共價結(jié)合，其在第三維方向上層與層之間通過范德華力結(jié)合。

由于h-BN摩擦系數(shù)低，在工業(yè)上常作為一種性能優(yōu)良的潤滑劑而被廣泛應(yīng)用。并且BN也因力學(xué)性能良好以及熱穩(wěn)定性能好而被人們所熟知。二維h-BN材料由于其特殊的結(jié)構(gòu)，具備極高的機(jī)械強(qiáng)度；禁帶寬度寬，是一種良好的絕緣體，且具極好的化學(xué)穩(wěn)定性：在1000℃以上空氣中能夠穩(wěn)定存在；具高的熱導(dǎo)率：是目前熱導(dǎo)率最高的材料之一，在很多領(lǐng)域，如光電子、磁能、儲能、催化等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。

h-BN二維材料具備諸多優(yōu)良的性能及廣泛的應(yīng)用前景，但目前尚不能大規(guī)模制備具備結(jié)構(gòu)完整、性能良好的h-BN二維材料。傳統(tǒng)微機(jī)械剝離，是采用膠帶將h-BN剝離，所制備的h-BN雖然結(jié)構(gòu)完整但產(chǎn)量過低，不適宜工業(yè)大規(guī)模生產(chǎn)；化學(xué)液相剝離等常用到有毒有害的有機(jī)溶劑，且氧化及離子嵌入等對其物理結(jié)構(gòu)及電子結(jié)構(gòu)有一定影響，所制備得的h-BN電學(xué)性能不佳?；瘜W(xué)氣相沉積法能夠準(zhǔn)確控制h-BN層數(shù)，所制備的h-BN質(zhì)量好，但其成本高昂?？梢?，現(xiàn)有的白石墨烯制備方法，尚缺乏能兼顧石墨烯的質(zhì)量和工業(yè)化生產(chǎn)的要求，這極大地限制了其應(yīng)用。如何經(jīng)濟(jì)地生產(chǎn)性能優(yōu)良白石墨烯也是目前其研究的重點之一，此外，由于白石墨烯存在巨大的比表面積而具備極高范德華力，導(dǎo)致白石墨烯片易產(chǎn)生不可逆的團(tuán)聚，因此提高其分散性同樣對其應(yīng)用具有較大的意義。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

有鑒于此，有必要針對上述的問題，提供一種高速分散剝離白石墨烯的方法，該方法能有效剝離白石墨烯顆粒，所制備得的白石墨烯具有顆粒均勻、層數(shù)少、比表面積大、純度高的特點，能很好的分散在酒精等溶劑中，保存數(shù)十天不產(chǎn)生團(tuán)聚沉降作用。且該方法操作過程簡單，成本低，適合應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取以下的技術(shù)方案：

本發(fā)明的高速分散剝離白石墨烯的方法，具體步驟為：

步驟1)將白石墨烯(h-BN)粉末、表面活性劑、分散介質(zhì)混合溶解后，采用攪拌速度為5000-18000rpm進(jìn)行攪拌剝離，攪拌過程采用冰水降低體系溫度，總攪拌時間為10-240h；

所述白石墨烯(h-BN)粉末與表面活性劑的質(zhì)量比為1:50-10:1；所述白石墨烯(h-BN)與分散介質(zhì)加入質(zhì)量比為1:100-1:2000；

步驟2)研磨完成后，所得粉體采用酒精洗滌，離心分離，然后烘干干燥，得到剝離后的白石墨烯分散體。

根據(jù)液相剝離理論，分散介質(zhì)的表面能接近白石墨烯的表面能(25-40mJ/m²)時，液相剝離具有最佳的效率和質(zhì)量。

由于h-BN存在π鍵，且B、N原子分別帶微弱正電、負(fù)點，此特性使其能夠吸附表面活性劑。表面活性劑在h-BN上的充分吸附能形成空間位阻和電荷位阻，防止分離的h-BN納米片團(tuán)聚、促進(jìn)剝離。

本發(fā)明攪拌剝離足夠長時間后，所制備得的白石墨烯分散體能長時間的分散在酒精、丙酮等水溶液中，不產(chǎn)生團(tuán)聚沉降等現(xiàn)象。

進(jìn)一步的，所述分散介質(zhì)為低分子量醇和/或酮的水溶液。

作為優(yōu)選的，所述分散介質(zhì)的表面張力約為25-40mJ/m²。

作為優(yōu)選的，所述低分子量醇和/或酮的水溶液，為低分子量醇和/或酮與水的質(zhì)量比為1:10-2:1，更優(yōu)選1:5-2:1。

作為優(yōu)選的，所述低分子量醇為：甲醇、乙醇、異丙醇、叔丁醇、乙二醇等中的至少一種；所述低分子量酮為丙酮。

進(jìn)一步的，所述表面活性劑為具長鏈路易斯酸或長鏈路易斯堿的表面活性劑中的至少一種。

作為優(yōu)選的，所述表面活性劑為具長鏈路易斯酸的高級脂肪酸、酮、醛等及其相應(yīng)衍生物中的至少一種；或具長鏈路易斯堿的烯烴、芳香化合物、胺、醚等中的至少一種。

作為進(jìn)一步優(yōu)選，所述長鏈路易斯酸的表面活性劑為：棕櫚酸、軟脂酸、硬脂酸、油酸、亞油酸、軟脂酸、十八酮、3-甲基環(huán)十三酮、環(huán)十四烷酮，3-十六酮、棕櫚醛、椰子醛、二十烷醛等中的至少一種；

所述長鏈路易斯堿的表面活性劑為：十八胺、油胺、端胺基聚乙二醇、聚苯乙炔、聚噻吩、聚苯乙烯磺酸鈉、十二烷基苯、4-十二烷基苯胺、聚氧乙烯辛烷基苯酚醚、縮水甘油12-14烷基醚、六聚乙二醇單十六醚、四乙烯甘醇單十四醚、六聚乙二醇單十四醚等中的至少一種。

本發(fā)明的有益效果為：

本發(fā)明方法所制備的白石墨烯分散體粒徑大、厚度薄、比表面積大：厚度均小于10nm，并且薄片的厚度可低至1個納米，粒徑尺寸分布在數(shù)百納米至數(shù)微米，比表面積高達(dá)100-1500m²/g。

本發(fā)明制備過程中無強(qiáng)酸堿、有毒有害添加劑等，綠色環(huán)保，生產(chǎn)效率高、產(chǎn)量大，且設(shè)備簡單、成本低廉，具有良好的應(yīng)用前景。

附圖說明

圖1為實施例1所制備得的白石墨烯分散體的SEM照片；

圖2為實施例1所制備得的白石墨烯分散體的AFM照片。

具體實施方式

為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明實施例，對本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步清楚、完整地描述。需要說明的是，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

實施例1

本實施例具體制備工藝步驟：稱量0.2g白石墨烯(h-BN)于燒杯中、加入150g乙醇和150g去離子水，量取4g環(huán)十四烷酮，加入燒杯中，攪拌使之完全溶解。

將上述所配溶液用高速分散機(jī)以10000rpm高速攪拌72h，并以冰水降低體系溫度，以防止高速攪拌導(dǎo)致溫度升高，分散介質(zhì)損失過快。

攪拌剝離完畢后將白石墨烯經(jīng)過酒精洗滌后離心分離，在馬弗爐中60℃烘干處理得到白石墨烯分散體產(chǎn)品。

圖1為本實施例所制得產(chǎn)品的SEM照片，從中可以看出通過攪拌剝離，剝離后的白石墨烯納米片粒徑大于250nm，納米片厚度均低于10nm；圖2為原子力顯微鏡檢測照片，圖中大部分薄片厚度為2nm，部分h-BN厚度可低至1nm左右。通過檢測比表面積為470m²/g。

實施例2

本實施例具體制備工藝步驟：稱量0.5g白石墨烯(h-BN)、200g乙醇和200g去離子水于燒杯中，用玻璃棒攪拌均勻。量取10g油酸，放入燒杯中，攪拌使其完全溶解。

將上述所配溶液用高速分散機(jī)以13000rpm高速攪拌48h，并以冰水降低體系溫度。

攪拌剝離完畢后將白石墨烯經(jīng)過酒精洗滌后離心分離，在馬弗爐中60℃烘干處理得到白石墨烯分散體產(chǎn)品。

剝離后的白石墨烯納米片粒徑大于250nm，納米片厚度均低于10nm；大部分薄片厚度為3nm，部分h-BN厚度可低至1nm左右。通過檢測比表面積為350m²/g。

實施例3

本實施例具體制備工藝步驟：稱量0.2g白石墨烯(h-BN)、100g丙酮和100g去離子水于燒杯中，用玻璃棒攪拌均勻。量取2g十八胺于燒杯中，同樣攪拌使其完全溶解。

將上述所配溶液用高速分散機(jī)以13000rpm高速攪拌24h，并以冰水降低體系溫度。

攪拌剝離完畢后將白石墨烯經(jīng)過酒精洗滌后離心分離，在馬弗爐中60℃烘干處理得到白石墨烯分散體產(chǎn)品。

剝離后的白石墨烯納米片粒徑大于250nm，納米片厚度均低于10nm；大部分薄片厚度為5nm，部分h-BN厚度可低至1nm左右。通過檢測比表面積為200m²/g。

實施例4

本實施例具體制備工藝步驟：稱量0.5g白石墨烯(h-BN)、150g丙酮和150g去離子水，量取4g環(huán)十四烷酮，加入燒杯中，攪拌使其完全溶解。

將上述所配溶液用高速分散機(jī)以15000rpm高速攪拌15h，并以冰水降低體系溫度。

攪拌剝離完畢后將白石墨烯經(jīng)過酒精洗滌后離心分離，在馬弗爐中60℃烘干處理得到白石墨烯分散體產(chǎn)品。

剝離后的白石墨烯納米片粒徑大于250nm，納米片厚度均低于10nm；大部分薄片厚度為4nm，部分h-BN厚度可低至1nm左右。通過檢測比表面積為230m²/g。

實施例5

本實施例具體制備工藝步驟：稱量0.2g白石墨烯(h-BN)、100g丙酮和200g去離子水，量取4g4-十二烷基苯胺，放入燒杯中，攪拌使之完全溶解。

將上述所配溶液用高速分散機(jī)以18000rpm高速攪拌12h，并以冰水降低體系溫度。

攪拌剝離完畢后將白石墨烯經(jīng)過酒精洗滌后離心分離，在馬弗爐中60℃烘干處理得到白石墨烯分散體產(chǎn)品。

剝離后的白石墨烯納米片粒徑大于250nm，納米片厚度均低于10nm；大部分薄片厚度為5nm，部分h-BN厚度可低至1nm左右。通過檢測比表面積為250m²/g。

實施例6

本實施例具體制備工藝步驟：稱量0.2g白石墨烯(h-BN)、100g異丙醇和50g去離子水，量取4g軟脂酸、4g椰子醛，放入燒杯中，攪拌使之完全溶解。

將上述所配溶液用高速分散機(jī)以10000rpm高速攪拌60h，并以冰水降低體系溫度。

攪拌剝離完畢后將白石墨烯經(jīng)過酒精洗滌后離心分離，在馬弗爐中60℃烘干處理得到白石墨烯分散體產(chǎn)品。

剝離后的白石墨烯納米片粒徑大于250nm，納米片厚度均低于10nm；大部分薄片厚度為2nm，部分h-BN厚度可低至1nm左右。通過檢測比表面積為480m²/g。

實施例7

本實施例具體制備工藝步驟：稱量5g白石墨烯(h-BN)、1000甲醇、500g丙酮和1500g去離子水，量取1g六聚乙二醇單十六醚，放入燒杯中，攪拌使之完全溶解。

將上述所配溶液用高速分散機(jī)以8000rpm高速攪拌160h，并以冰水降低體系溫度。

攪拌剝離完畢后將白石墨烯經(jīng)過酒精洗滌后離心分離，在馬弗爐中60℃烘干處理得到白石墨烯分散體產(chǎn)品。

剝離后的白石墨烯納米片粒徑大于250nm，納米片厚度均低于10nm；大部分薄片厚度為2nm，部分h-BN厚度可低至1nm左右。通過檢測比表面積為740m²/g。

實施例8

本實施例具體制備工藝步驟：稱量5g白石墨烯(h-BN)、2000乙醇、500g叔丁醇和2000g去離子水，量取1g油胺、1g縮水甘油12-14烷基醚，放入燒杯中，攪拌使之完全溶解。

將上述所配溶液用高速分散機(jī)以6000rpm高速攪拌220h，并以冰水降低體系溫度。

攪拌剝離完畢后將白石墨烯經(jīng)過酒精洗滌后離心分離，在馬弗爐中60℃烘干處理得到白石墨烯分散體產(chǎn)品。

剝離后的白石墨烯納米片粒徑大于250nm，納米片厚度均低于10nm；大部分薄片厚度為2nm，部分h-BN厚度可低至1nm左右。通過檢測比表面積為600m²/g。

對比例1

本實施例具體制備工藝步驟：稱量0.2g白石墨烯(h-BN)于燒杯中、加入150g乙醇和150g去離子水，量取4g環(huán)十四烷酮，加入燒杯中，攪拌使之完全溶解。

將上述所配溶液用高速分散機(jī)以10000rpm高速攪拌5h，并以冰水降低體系溫度。攪拌剝離完畢后將白石墨烯經(jīng)過酒精洗滌后離心分離，在馬弗爐中60℃烘干處理得到白石墨烯分散體產(chǎn)品。

剝離后的白石墨烯納米片粒徑大于250nm，納米片厚度大部分大于20nm；部分薄片厚度為50nm，部分h-BN厚度可低至5nm左右。通過檢測比表面積為60m²/g。

對比例2

本實施例具體制備工藝步驟：稱量0.2g白石墨烯(h-BN)于燒杯中、加入150g乙醇和150g去離子水，不加表面活性劑。

將上述所配溶液用高速分散機(jī)以10000rpm高速攪拌80h，并以冰水降低體系溫度。攪拌剝離完畢后將白石墨烯經(jīng)過酒精洗滌后離心分離，在馬弗爐中60℃烘干處理得到白石墨烯分散體產(chǎn)品。

剝離后的白石墨烯納米片粒徑大于250nm，納米片厚度大部分大于20nm；部分薄片厚度為50nm，部分h-BN厚度可低至5nm左右。通過檢測比表面積為30m²/g。

以上所述實施例僅表達(dá)了本發(fā)明的幾種實施方式，其描述較為具體和詳細(xì)，但并不能因此而理解為對本發(fā)明專利范圍的限制。應(yīng)當(dāng)指出的是，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)，這些都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。因此，本發(fā)明專利的保護(hù)范圍應(yīng)以所附權(quán)利要求為準(zhǔn)。