本發(fā)明涉及石墨復(fù)合材料技術(shù)領(lǐng)域，更具體的涉及一種有序結(jié)構(gòu)的石墨烯材料制備方法。

背景技術(shù)：

石墨烯是2004年才被發(fā)現(xiàn)的一種新型二維平面復(fù)合材料，其特殊的單原子層決定了它具有豐富而新奇的物理性質(zhì)。研究表明，石墨烯具有優(yōu)良的電學(xué)性質(zhì)，力學(xué)性能及可加工性。石墨烯的合成方法主要有兩種：機械方法和化學(xué)方法。其中，機械方法包括微機械分離法、取向附生法和加熱sic的方法；化學(xué)方法是化學(xué)還原法與化學(xué)解離法。

具體地，最普通的是微機械分離法，直接將石墨烯薄片從較大的晶體上剪裁下來；比如用另外一種材料膨化或者引入缺陷的熱解石墨進(jìn)行摩擦，體相石墨的表面會產(chǎn)生絮片狀的晶體，在這些絮片狀的晶體中含有單層的石墨烯。取向附生法是利用生長基質(zhì)原子結(jié)構(gòu)“種”出石墨烯，首先讓碳原子在1150℃下滲入釕，然后冷卻，冷卻到850℃后，之前吸收的大量碳原子就會浮到釕表面，鏡片形狀的單層的碳原子“孤島”布滿了整個基質(zhì)表面，最終它們可長成完整的一層石墨烯。加熱sic方法將經(jīng)氧氣或氫氣刻蝕處理得到的樣品在高真空下通過電子轟擊加熱，除去氧化物，用俄歇電子能石墨烯譜確定表面的氧化物完全被移除后，將樣品加熱使之溫度升高至1250～1450℃后恒溫1min～20min，從而形成極薄的石墨層?；瘜W(xué)還原法是將氧化石墨與水以1mg/ml的比例混合，用超聲波振蕩至溶液清晰無顆粒狀物質(zhì)，加入適量肼在100℃回流24h，產(chǎn)生黑色顆粒狀沉淀，過濾、烘干即得石墨烯?；瘜W(xué)解離法是將氧化石墨通過熱還原的方法制備石墨烯的方法，氧化石墨層間的含氧官能團在一定溫度下發(fā)生反應(yīng)。

綜上所述，自發(fā)現(xiàn)石墨烯以來，其高質(zhì)量、大產(chǎn)量的制備已成為世界性難題，這在極大程度上限制了石墨烯產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程，因此，尋找新的工藝條件且能夠大產(chǎn)量制備高質(zhì)量的石墨烯的方法顯得至關(guān)重要。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明實施例提供一種有序結(jié)構(gòu)的石墨烯材料制備方法，可以通過下列工藝，制備高質(zhì)量的石墨烯材料。

本發(fā)明實施例提供一種有序結(jié)構(gòu)的石墨烯材料制備方法，包括：

將氧化石墨烯溶于水中，通過超聲波，對所述氧化石墨烯進(jìn)行超聲剝離，得到氧化石墨烯分散液；其中，超聲波強度介于50w～1100w之間，水與所述氧化石墨烯的比例介于1l：1g～10l：1g之間；

將所述氧化石墨烯分散液溶于電解質(zhì)內(nèi)，得到石墨烯材料，其中，所述石墨烯分散液與所述電解質(zhì)的比例介于1:5～1:400之間；

將所述石墨烯材料放入密封容器內(nèi)進(jìn)行冷凍，并對冷凍后的所述石墨烯材料在淬火介質(zhì)中淬火處理，將淬火處理后的所述石墨烯材料進(jìn)行洗滌，烘干，得到有序結(jié)構(gòu)的石墨烯材料；其中，所述冷凍時間為10～50h，冷凍溫度介于-110～-5℃。

優(yōu)選地，所述在將所述石墨烯材料放入密封容器內(nèi)進(jìn)行冷凍時，還包括，向所述密封容器內(nèi)充入惰性氣體。

優(yōu)選地，所述電解質(zhì)包括強電解質(zhì)；或者弱電解質(zhì)；

所述強電解質(zhì)包括硫酸，鹽酸，硝酸，氫氧化鈉，氫氧化鉀，氯化鈉，硝酸銀，碳酸鉀中的一種或者多種組合；

所述弱電解質(zhì)包括h2s、h2co3、ch3cooh、hf、hcn、hclo，h3po4、h2so3，nh3·h2o，fe(oh)3、cu(oh)2，al(oh)3、zn(oh)2，hgcl2，hgbr2中的一種或者多種組合。

本發(fā)明實施例中，提供了一種有序結(jié)構(gòu)的石墨烯材料制備方法，包括：將氧化石墨烯溶于水中，通過超聲波，對所述氧化石墨烯進(jìn)行超聲剝離，得到氧化石墨烯分散液；其中，超聲波強度介于50w～1100w之間，水與所述氧化石墨烯的比例介于1l：1g～10l：1g之間；將所述氧化石墨烯分散液溶于電解質(zhì)內(nèi)，得到石墨烯材料，其中，所述石墨烯分散液與所述電解質(zhì)的比例介于1:5～1:400之間；將所述石墨烯材料放入密封容器內(nèi)進(jìn)行冷凍，并對冷凍后的所述石墨烯材料在淬火介質(zhì)中淬火處理，將淬火處理后的所述石墨烯材料進(jìn)行洗滌，烘干，得到有序結(jié)構(gòu)的石墨烯材料；其中，所述冷凍時間為10～50h，冷凍溫度介于-110～-5℃。上述制備方法中，可以通過控制超聲強度，控制得到石墨烯分散液，進(jìn)一步地，通過控制水和石墨烯分散液之間的配比，控制石墨烯的排列方式，得到有序可控的石墨烯材料。

具體實施方式

下面將對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，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)明保護的范圍。

本發(fā)明實施例提供的一種有序結(jié)構(gòu)的石墨烯材料制備方法，包括：

將氧化石墨烯溶于水中，通過強度為50w的超聲波，對氧化石墨烯進(jìn)行超聲剝離，得到氧化石墨烯分散液。

需要說明的是，在本發(fā)明實施例中，通過超聲波對氧化石墨烯材料進(jìn)行超聲剝離的時間需要大于10個小時，優(yōu)選地，進(jìn)行超聲剝離的時間為15個小時。

需要說明的是，在本發(fā)明實施例中，水與氧化石墨烯的比例介于1l：1g。

進(jìn)一步地，將氧化石墨烯分散液溶于電解質(zhì)內(nèi)，得到石墨烯材料。在實際應(yīng)用中，電解質(zhì)主要包括有強電解質(zhì)和弱電解質(zhì)。

在本發(fā)明實施例中，可以選擇將氧化石墨烯分散液溶于強電解質(zhì)內(nèi)，也可以選擇將氧化石墨烯分散液溶于弱電解質(zhì)內(nèi)。

具體地，強電解質(zhì)可以包括以下一種或者多種組合：硫酸，鹽酸，硝酸，氫氧化鈉，氫氧化鉀，氯化鈉，硝酸銀，碳酸鉀；弱電解質(zhì)可以包括以下一種或者多種組合：h2s、h2co3、ch3cooh、hf、hcn、hclo，h3po4、h2so3，nh3·h2o，fe(oh)3、cu(oh)2，al(oh)3、zn(oh)2，hgcl2，hgbr2。

需要說明的是，在本發(fā)明實施例中，當(dāng)選擇將氧化石墨烯分散液溶于強電解質(zhì)內(nèi)時，可以選擇氧化石墨烯分散液和強電解質(zhì)之間的配比介于1:5～1:100之間。

需要說明的是，在本發(fā)明實施例中，當(dāng)選擇將氧化石墨烯分散液溶于弱電解質(zhì)內(nèi)時，可以選擇氧化石墨烯分散液和弱電解質(zhì)之間的配比介于1:5～1:400之間。

進(jìn)一步地，將石墨烯材料放入密封容器內(nèi)進(jìn)行冷凍，并對冷凍后的石墨烯材料在淬火介質(zhì)中淬火處理，將淬火處理后的石墨烯材料進(jìn)行洗滌，烘干，得到有序結(jié)構(gòu)的石墨烯材料。

需要說明的是，在上述過程中，將石墨烯材料放入密封容器內(nèi)進(jìn)行冷凍時，還可以向密封容器內(nèi)充入惰性氣體。

在本發(fā)明實施例中，在對密封容器內(nèi)放置的石墨烯材料進(jìn)行冷凍時，可以選擇一定的冷凍溫度，且在實際應(yīng)用中，冷凍溫度和冷凍時間之間呈正比例，即冷凍溫度越低，冷凍時間越長。比如，當(dāng)冷凍溫度為-5℃時，冷凍時間大約為50多個小時。

實施例2

本發(fā)明實施例提供的一種有序結(jié)構(gòu)的石墨烯材料制備方法，包括：

將氧化石墨烯溶于水中，通過強度為80w的超聲波，對氧化石墨烯進(jìn)行超聲剝離，得到氧化石墨烯分散液。

需要說明的是，在本發(fā)明實施例中，通過超聲波對氧化石墨烯材料進(jìn)行超聲剝離的時間需要大于8個小時，優(yōu)選地，進(jìn)行超聲剝離的時間為10個小時。

需要說明的是，在本發(fā)明實施例中，水與氧化石墨烯的比例為2l：1g。

進(jìn)一步地，將氧化石墨烯分散液溶于電解質(zhì)內(nèi)，得到石墨烯材料。在實際應(yīng)用中，電解質(zhì)主要包括有強電解質(zhì)和弱電解質(zhì)。

在本發(fā)明實施例中，可以選擇將氧化石墨烯分散液溶于強電解質(zhì)內(nèi)，也可以選擇將氧化石墨烯分散液溶于弱電解質(zhì)內(nèi)。

具體地，強電解質(zhì)可以包括以下一種或者多種組合：硫酸，鹽酸，硝酸，氫氧化鈉，氫氧化鉀，氯化鈉，硝酸銀，碳酸鉀；弱電解質(zhì)可以包括以下一種或者多種組合：h2s、h2co3、ch3cooh、hf、hcn、hclo，h3po4、h2so3，nh3·h2o，fe(oh)3、cu(oh)2，al(oh)3、zn(oh)2，hgcl2，hgbr2。

需要說明的是，在本發(fā)明實施例中，當(dāng)選擇將氧化石墨烯分散液溶于強電解質(zhì)內(nèi)時，可以選擇氧化石墨烯分散液和強電解質(zhì)之間的配比介于1:5～1:100之間。

需要說明的是，在本發(fā)明實施例中，當(dāng)選擇將氧化石墨烯分散液溶于弱電解質(zhì)內(nèi)時，可以選擇氧化石墨烯分散液和弱電解質(zhì)之間的配比介于1:5～1:400之間。

進(jìn)一步地，將石墨烯材料放入密封容器內(nèi)進(jìn)行冷凍，并對冷凍后的石墨烯材料在淬火介質(zhì)中淬火處理，將淬火處理后的石墨烯材料進(jìn)行洗滌，烘干，得到有序結(jié)構(gòu)的石墨烯材料。

需要說明的是，在上述過程中，將石墨烯材料放入密封容器內(nèi)進(jìn)行冷凍時，還可以向密封容器內(nèi)充入惰性氣體。

在本發(fā)明實施例中，在對密封容器內(nèi)放置的石墨烯材料進(jìn)行冷凍時，可以選擇一定的冷凍溫度，且在實際應(yīng)用中，冷凍溫度和冷凍時間之間呈正比例，即冷凍溫度越低，冷凍時間越長。比如，當(dāng)冷凍溫度為-10℃時，冷凍時間大于45小時。

實施例3

本發(fā)明實施例提供的一種有序結(jié)構(gòu)的石墨烯材料制備方法，包括：

將氧化石墨烯溶于水中，通過強度為500w的超聲波，對氧化石墨烯進(jìn)行超聲剝離，得到氧化石墨烯分散液。

需要說明的是，在本發(fā)明實施例中，通過超聲波對氧化石墨烯材料進(jìn)行超聲剝離的時間需要大于3個小時，優(yōu)選地，進(jìn)行超聲剝離的時間為4個小時。

需要說明的是，在本發(fā)明實施例中，水與氧化石墨烯的比例為1l：1g。

進(jìn)一步地，將氧化石墨烯分散液溶于電解質(zhì)內(nèi)，得到石墨烯材料。在實際應(yīng)用中，電解質(zhì)主要包括有強電解質(zhì)和弱電解質(zhì)。

在本發(fā)明實施例中，可以選擇將氧化石墨烯分散液溶于強電解質(zhì)內(nèi)，也可以選擇將氧化石墨烯分散液溶于弱電解質(zhì)內(nèi)。

具體地，強電解質(zhì)可以包括以下一種或者多種組合：硫酸，鹽酸，硝酸，氫氧化鈉，氫氧化鉀，氯化鈉，硝酸銀，碳酸鉀；弱電解質(zhì)可以包括以下一種或者多種組合：h2s、h2co3、ch3cooh、hf、hcn、hclo，h3po4、h2so3，nh3·h2o，fe(oh)3、cu(oh)2，al(oh)3、zn(oh)2，hgcl2，hgbr2。

需要說明的是，在本發(fā)明實施例中，當(dāng)選擇將氧化石墨烯分散液溶于強電解質(zhì)內(nèi)時，可以選擇氧化石墨烯分散液和強電解質(zhì)之間的配比介于1:5～1:100之間。

需要說明的是，在本發(fā)明實施例中，當(dāng)選擇將氧化石墨烯分散液溶于弱電解質(zhì)內(nèi)時，可以選擇氧化石墨烯分散液和弱電解質(zhì)之間的配比介于1:5～1:400之間。

進(jìn)一步地，將石墨烯材料放入密封容器內(nèi)進(jìn)行冷凍，并對冷凍后的石墨烯材料在淬火介質(zhì)中淬火處理，將淬火處理后的石墨烯材料進(jìn)行洗滌，烘干，得到有序結(jié)構(gòu)的石墨烯材料。

需要說明的是，在上述過程中，將石墨烯材料放入密封容器內(nèi)進(jìn)行冷凍時，還可以向密封容器內(nèi)充入惰性氣體。

在本發(fā)明實施例中，在對密封容器內(nèi)放置的石墨烯材料進(jìn)行冷凍時，可以選擇一定的冷凍溫度，且在實際應(yīng)用中，冷凍溫度和冷凍時間之間呈正比例，即冷凍溫度越低，冷凍時間越長。比如，當(dāng)冷凍溫度為-50℃時，冷凍時間大約為20多個小時。

實施例4

本發(fā)明實施例提供的一種有序結(jié)構(gòu)的石墨烯材料制備方法，包括：

將氧化石墨烯溶于水中，通過強度為1100w的超聲波，對氧化石墨烯進(jìn)行超聲剝離，得到氧化石墨烯分散液。

需要說明的是，在本發(fā)明實施例中，由于超聲波頻率比較大，所以通過超聲波對氧化石墨烯材料進(jìn)行超聲剝離的時間比較少，優(yōu)選的，通過超聲波對氧化石墨烯材料進(jìn)行超聲剝離的時間介于0.5～1小時之間。

需要說明的是，在本發(fā)明實施例中，水與氧化石墨烯的比例為10l：1g。

進(jìn)一步地，將氧化石墨烯分散液溶于電解質(zhì)內(nèi)，得到石墨烯材料。在實際應(yīng)用中，電解質(zhì)主要包括有強電解質(zhì)和弱電解質(zhì)。

在本發(fā)明實施例中，可以選擇將氧化石墨烯分散液溶于強電解質(zhì)內(nèi)，也可以選擇將氧化石墨烯分散液溶于弱電解質(zhì)內(nèi)。

具體地，強電解質(zhì)可以包括以下一種或者多種組合：硫酸，鹽酸，硝酸，氫氧化鈉，氫氧化鉀，氯化鈉，硝酸銀，碳酸鉀；弱電解質(zhì)可以包括以下一種或者多種組合：h2s、h2co3、ch3cooh、hf、hcn、hclo，h3po4、h2so3，nh3·h2o，fe(oh)3、cu(oh)2，al(oh)3、zn(oh)2，hgcl2，hgbr2。

需要說明的是，在本發(fā)明實施例中，當(dāng)選擇將氧化石墨烯分散液溶于強電解質(zhì)內(nèi)時，可以選擇氧化石墨烯分散液和強電解質(zhì)之間的配比介于1:5～1:100之間。

需要說明的是，在本發(fā)明實施例中，當(dāng)選擇將氧化石墨烯分散液溶于弱電解質(zhì)內(nèi)時，可以選擇氧化石墨烯分散液和弱電解質(zhì)之間的配比介于1:5～1:400之間。

進(jìn)一步地，將石墨烯材料放入密封容器內(nèi)進(jìn)行冷凍，并對冷凍后的石墨烯材料在淬火介質(zhì)中淬火處理，將淬火處理后的石墨烯材料進(jìn)行洗滌，烘干，得到有序結(jié)構(gòu)的石墨烯材料。

需要說明的是，在上述過程中，將石墨烯材料放入密封容器內(nèi)進(jìn)行冷凍時，還可以向密封容器內(nèi)充入惰性氣體。

在本發(fā)明實施例中，在對密封容器內(nèi)放置的石墨烯材料進(jìn)行冷凍時，可以選擇一定的冷凍溫度，且在實際應(yīng)用中，冷凍溫度和冷凍時間之間呈正比例，即冷凍溫度越低，冷凍時間越長。比如，當(dāng)冷凍溫度為-100℃時，冷凍時間大約為10多個小時。

綜上所述，本發(fā)明實施例提供了一種有序結(jié)構(gòu)的石墨烯材料制備方法，包括：將氧化石墨烯溶于水中，通過超聲波，對所述氧化石墨烯進(jìn)行超聲剝離，得到氧化石墨烯分散液；其中，超聲波強度介于50w～1100w之間，水與所述氧化石墨烯的比例介于1l：1g～10l：1g之間；將所述氧化石墨烯分散液溶于電解質(zhì)內(nèi)，得到石墨烯材料，其中，所述石墨烯分散液與所述電解質(zhì)的比例介于1:5～1:400之間；將所述石墨烯材料放入密封容器內(nèi)進(jìn)行冷凍，并對冷凍后的所述石墨烯材料在淬火介質(zhì)中淬火處理，將淬火處理后的所述石墨烯材料進(jìn)行洗滌，烘干，得到有序結(jié)構(gòu)的石墨烯材料；其中，所述冷凍時間為10～50h，冷凍溫度介于-110～-5℃。上述制備方法中，可以通過控制超聲強度，控制得到石墨烯分散液，進(jìn)一步地，通過控制水和石墨烯分散液之間的配比，控制石墨烯的排列方式，得到有序可控的石墨烯材料。

盡管已描述了本發(fā)明的優(yōu)選實施例，但本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員一旦得知了基本創(chuàng)造性概念，則可對這些實施例作出另外的變更和修改。所以，所附權(quán)利要求意欲解釋為包括優(yōu)選實施例以及落入本發(fā)明范圍的所有變更和修改。

顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對本發(fā)明進(jìn)行各種改動和變型而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。這樣，倘若本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍之內(nèi)，則本發(fā)明也意圖包含這些改動和變型在內(nèi)。