一種新型可控型的層狀結(jié)構(gòu)的納米鉆石烯的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于納米碳材料領(lǐng)域，具體涉及一種新型可控型的層狀結(jié)構(gòu)的納米鉆石稀。
【背景技術(shù)】
[0002]碳納米材料是指樣品粒徑在納米尺度范圍內(nèi)的碳材料，它具有納米材料的特殊性質(zhì)，使其具有特殊性能應(yīng)用的開(kāi)發(fā)潛力。納米金剛石不僅具備金剛石所具有的固有性能，同時(shí)還具有納米材料的特異性能，例如比表面積大、小尺寸效應(yīng)等。目前市場(chǎng)上可見(jiàn)的納米金剛石的合成都是采用爆炸法合成制備的，這種合成技術(shù)主要是利用負(fù)氧平衡炸藥，在保護(hù)介質(zhì)的作用下，通過(guò)爆炸瞬間產(chǎn)生的高溫高壓(2000K-3000K，20GPa-30 GPa)將游離碳轉(zhuǎn)化成金剛石，這種方法合成的納米金剛石的特點(diǎn)是:1、形貌單一不規(guī)則且為團(tuán)聚的顆粒；2、顆粒呈硬團(tuán)聚狀態(tài)，無(wú)法進(jìn)行分散，3、合成過(guò)程比較復(fù)雜，后續(xù)處理過(guò)程也比較繁瑣，到目前為止并沒(méi)有一種方法能夠解決爆炸法納米金剛石的分散問(wèn)題，從而限制了納米金剛石的進(jìn)一步的擴(kuò)展應(yīng)用。
[0003]目前在C材料中，人造石墨及石墨烯的形貌是一種片狀結(jié)構(gòu)的產(chǎn)物，這兩種C材料制備工藝方法較為復(fù)雜。人造石墨的制備工藝較為復(fù)雜，采用石油焦碳、瀝青焦碳等C素材料，以及瀝青粘結(jié)劑，經(jīng)煅燒、配料、混捏、壓型、焙燒、浸漬、石墨化、機(jī)加工而成，煅燒溫度很高，而且需在非氧化環(huán)境中進(jìn)行高溫處理，約需3000?3300° C才能將無(wú)定型的C原子經(jīng)過(guò)重新排布晶化成石墨晶體。而石墨烯的工業(yè)制備工藝方法主要是氧化還原法，通過(guò)氧化劑將石墨氧化，增大石墨的層間距，再通過(guò)物理方法將其分離，最后通過(guò)化學(xué)法進(jìn)行還原得到石墨烯，這種方法得到的石墨烯產(chǎn)量高，但是產(chǎn)品質(zhì)量低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種新型可控型的層狀結(jié)構(gòu)的納米鉆石烯。
[0005]基于上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:一種新型可控型的層狀結(jié)構(gòu)的納米鉆石烯，為層片狀單晶結(jié)構(gòu)，同一片層的碳原子之間為sp3軌道雜化碳鍵連接，層與層之間的碳原子之間為sp2軌道雜化碳鍵連接。
[0006]優(yōu)選地，該納米鉆石烯的晶格間距為0.21nm。
[0007]優(yōu)選地，平均粒徑為R，20彡R彡500nm。
[0008]優(yōu)選地，該納米鉆石烯的C含量為99?100%。
[0009]上述納米鉆石稀采用以下制備工藝，步驟為:
(1)初步破碎:將金剛石原料送入球磨整形桶內(nèi)破碎篩出70目以上的顆粒，破碎時(shí)間為l_5h，70目以下的粗料返回球磨整形桶進(jìn)行重新破碎；顆粒經(jīng)多級(jí)振篩機(jī)篩分出800目以上的細(xì)料，振篩時(shí)間為30min-2h，該細(xì)料重復(fù)過(guò)篩一次以上；
(2)再次破碎:將篩分出800目以上細(xì)料輸送至氣流破碎機(jī)內(nèi)，利用高壓氣流對(duì)細(xì)料粉碎后篩分出8000目以上的細(xì)粉，篩余物返回氣流破碎機(jī)進(jìn)行重新破碎； (3)酸洗:將8000目以上的細(xì)粉經(jīng)過(guò)酸洗提純后，使用去離子水清洗至清洗液pH接近于7 ；
(4)分選:將清洗后的物料進(jìn)行離心分離，取上層液體進(jìn)行1-5天沉淀分選，去除上層清液，將下層沉淀物干燥后即得成品納米鉆石烯；離心分離步驟中，離心時(shí)間為30min-2h，轉(zhuǎn)速為 8000rpm-15000rpm。
[0010]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供的納米鉆石烯具有以下優(yōu)點(diǎn):
(1)本發(fā)明的納米鉆石烯粒徑集中度高，粒徑范圍分布窄，粒徑大小可控，可根據(jù)需要制備粒徑在20-500nm范圍內(nèi)的納米鉆石稀。
[0011](2)該納米鉆石烯形貌為多層片狀結(jié)構(gòu)，形貌可控，分散性好，無(wú)抱團(tuán)團(tuán)聚現(xiàn)象發(fā)生，且粒徑與片厚存在比例關(guān)系，同時(shí)同一片層的碳原子之間為sp3軌道雜化碳鍵連接，層與層之間的碳原子之間為sp2雜化碳鍵連接，sp 2雜化軌道碳鍵為不飽和建，使層與層之間有許多電子空位，電子空位方便電子自由出入，因此采用本發(fā)明提供的納米鉆石烯是良好的儲(chǔ)電材料，可作為超級(jí)存儲(chǔ)電池。
[0012](3)單層片狀鉆石烯硬度高且耐磨，但是層與層之間容易滑動(dòng)解理，具有很高的自潤(rùn)滑性，在做潤(rùn)滑劑的同時(shí)還起到了清理和進(jìn)一步拋光等作用。
[0013](4) C含量為99?100%，結(jié)晶性非常強(qiáng)，對(duì)人體無(wú)毒副作用，可用于人體牙齒、骨頭、關(guān)節(jié)等仿生材質(zhì)的制備以及其表面處理，可用于制備人造牙齒、人造骨頭、假肢等方面。
[0014](5) Raman測(cè)試結(jié)果表明，隨著鉆石烯粒徑的減小，鉆石烯的特征峰的峰強(qiáng)也逐漸減弱，這種與粒徑匹配光致發(fā)光效應(yīng)使得其在一些特殊光學(xué)領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用。例如可以制備外太空光學(xué)器件，也可以將其作為涂層材料覆蓋在其他物體表面，在很好的吸收了可見(jiàn)光的同時(shí)還能起到隔熱的作用等。
【附圖說(shuō)明】
[0015]圖1是納米鉆石烯的XRD譜圖；
圖2是納米鉆石烯的TEM分析圖；
圖3是納米鉆石烯的MAS-NMR譜圖；
圖4是納米鉆石烯的原子軌道示意圖；
圖5是納米鉆石稀的Raman光譜。
【具體實(shí)施方式】
[0016]下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
[0017]實(shí)施例1
一種新型可控型的層狀結(jié)構(gòu)的納米鉆石烯，為層片狀單晶結(jié)構(gòu)，同一片層的碳原子之間為sp3軌道雜化碳鍵連接，層與層之間的碳原子之間為sp 2雜化碳鍵連接；粒徑為R，20 ^ R ^ 500nm，C含量為99?100%，晶格間距為0.21nm。
[0018]實(shí)施例2
上述納米鉆石烯采用以下工藝制備，其步驟為:
(1)初步破碎:將金剛石原料送入球磨整形桶中，經(jīng)過(guò)不同粒徑大小的鋼球在高速轉(zhuǎn)動(dòng)下的來(lái)回球磨破碎整形過(guò)程后，在球磨機(jī)收料口通過(guò)一定篩網(wǎng)目數(shù)的篩網(wǎng)進(jìn)行收集，篩網(wǎng)的目數(shù)不低于70目，球磨整形時(shí)間一般控制在l_5h，70目粗料自動(dòng)返回球磨機(jī)重新進(jìn)行球磨整形；將收集的70目以上的顆粒經(jīng)過(guò)多層振篩機(jī)進(jìn)行粒徑初分，篩網(wǎng)目數(shù)從100目到800目依次由高到低排布，振篩時(shí)間一般在30min-2h，最后收集800目篩網(wǎng)過(guò)濾后的細(xì)料，其余粒徑的料另作它用，同時(shí)為保證粒徑的準(zhǔn)確性需將振篩好的料重新進(jìn)行振動(dòng)篩分。
[0019](2)再次破碎:將步驟(1)收集的800目以上細(xì)料放入氣流破碎機(jī)進(jìn)料口后進(jìn)入氣流破碎腔內(nèi)，利用高壓氣流對(duì)料進(jìn)行破碎，在氣流破碎機(jī)收料口收集經(jīng)過(guò)篩網(wǎng)后的料，篩網(wǎng)的目數(shù)從1000目到8000目從高到低依次排布，收集8000目篩網(wǎng)過(guò)濾的細(xì)料，1000目篩網(wǎng)收集的料自動(dòng)返回氣流破碎機(jī)破碎，而其它目數(shù)篩網(wǎng)收集的料可作為粗粒徑的料出售或再次返回氣流破碎機(jī)內(nèi)重新破碎。
[0020](3)酸洗:首先將細(xì)粉置于濃硫酸與濃硝酸混合液中酸洗2~7h、過(guò)濾、清洗，所述濃硫酸與濃硝酸混合液由質(zhì)量分?jǐn)?shù)為98%濃硫酸和質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%濃硝酸按照質(zhì)量比為5:1混合而成；然后將細(xì)粉置于140°C ~160°C質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5°/『8%的稀鹽酸中4~9h、過(guò)濾；再將該細(xì)粉置于氫氟酸中10~20 h，去除料中的金屬雜質(zhì)以及在球磨整形、氣流破碎過(guò)程中附著在料上的雜質(zhì)，然后使用去離子水清洗至清洗液pH接近于7。
[0021](4)分選:將清洗后的物料進(jìn)行離心分選，離心分選是利用轉(zhuǎn)速和離心時(shí)間來(lái)達(dá)到對(duì)粒徑的控制，轉(zhuǎn)速越高，離心時(shí)間越長(zhǎng)得到的料的粒徑就越細(xì)，離心時(shí)間為30~50min，轉(zhuǎn)速為8000rpm ;離心分選后對(duì)離心管上部混合液進(jìn)行沉淀分選5天，離心管底部的沉積料可作為較粗粒徑的料回收出售，也可重新細(xì)化成納米鉆石烯，沉淀分選通過(guò)控制沉淀時(shí)間的長(zhǎng)短來(lái)達(dá)到控制粒徑的目的，粒徑越大沉淀時(shí)間越短，沉淀分選后去除上層清液，下層沉淀物經(jīng)粒徑檢測(cè)合格后烘干后即可得到成品納米鉆石烯。
[0022]利用上述方法制備出的新型可控型的層狀結(jié)構(gòu)的納米鉆石烯，為層片狀單晶結(jié)構(gòu)，同一片層的碳原子之間為sp3軌道雜化碳鍵連接，層與層之間的碳原子之間為sp 2雜化碳鍵連接；c含量為99?100%，晶格間距為0.21nm，粒徑為200~500nm，該處所述的每一個(gè)粒徑值為一個(gè)很小的范圍內(nèi)的粒徑峰值，該峰值的粒徑在對(duì)應(yīng)的分選時(shí)間分選出的粒徑中所占的比例至少在98%以上。
[0023]實(shí)施例3
實(shí)施例3的制備工藝與實(shí)施例2的不同之處在于:離心時(shí)間為2h，轉(zhuǎn)速為8000rpm，沉淀分選時(shí)間為1天。制備出的納米鉆石稀的粒