一種石墨烯的制備方法及其應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及石墨稀技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種石墨稀的制備方法及其應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002]當(dāng)前制備石墨烯的技術(shù)主要有化學(xué)剝離法、化學(xué)氣相沉積法、碳化硅外延生長法、膠帶剝離法、碳納米管剝開法、在大規(guī)模制備高質(zhì)量的石墨烯仍然存在很多技術(shù)難題，所制備的石墨烯層數(shù)較多，結(jié)構(gòu)破壞較大，影響了石墨烯高導(dǎo)電性、高導(dǎo)熱性、機(jī)械強(qiáng)度等。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)存在制備的石墨烯層數(shù)較多的缺陷，提供一種石墨烯的制備方法及其應(yīng)用。
[0004]本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:一種石墨烯的制備方法，將石墨原料、高鐵酸鉀和天冬氨酸混合后進(jìn)行球磨，球磨結(jié)束后，用稀鹽酸清洗粉體并離心，至上清液為中性，再用蒸餾水清洗并離心，最終將粉體干燥至恒重。
[0005]作為優(yōu)選，所述的球磨機(jī)為全方位行星式球磨機(jī)，球磨時間為24?36h，轉(zhuǎn)速為300?500rpm。通過全方位行星式球磨機(jī)的高速旋轉(zhuǎn)，使得錯珠與球墨罐發(fā)生激烈碰撞，產(chǎn)生的能量在有機(jī)物或無機(jī)物存在的情況下使得石墨層間的C-C鍵斷裂，所形成的石墨烯表面結(jié)構(gòu)較為完整。
[0006]作為優(yōu)選，所述的石墨原料與高鐵酸鉀質(zhì)量比為1:4?5，所述石墨原料與天冬氨酸質(zhì)量比為1:50?60。
[0007]作為優(yōu)選，所述球磨過程中磨球與粉料的質(zhì)量比為10:1。
[0008]作為優(yōu)選，所述的原料為天然鱗片石墨。
[0009]作為優(yōu)選，所述稀鹽酸質(zhì)量濃度為5%，所述的干燥溫度為60°C。
[0010]上述制備方法制備的石墨烯的應(yīng)用，將石墨烯與四氧化三鐵復(fù)合，具體步驟如下:
[0011]將制得的石墨烯粉末與乙二醇和蒸餾水混合均勻，然后依次加入無水三氯化鐵和無水乙酸鈉，攪拌形成均勻的混合溶液；將混合溶液加入反應(yīng)釜中進(jìn)行密封反應(yīng)，然后自然冷卻，通過磁分離后進(jìn)行清洗，并干燥至恒重。
[0012]作為優(yōu)選，所述的乙二醇與蒸餾水的體積比為5?150。
[0013]作為優(yōu)選，所述的無水三氯化鐵中Fe3+與無水乙酸鈉中的Ac摩爾比為0.1?0.3:1，所述無水三氯化鐵與蒸饋水的質(zhì)量比為0.05?1.23:1，所述的石墨稀與無水氯化鐵摩爾比為1:4?1:8。
[0014]作為優(yōu)選，所述的密封反應(yīng)溫度為200°C，反應(yīng)8h，所述干燥溫度為60°C。
[0015]有益效果:本發(fā)明石墨烯制備方法簡單有效，制得的石墨烯厚度為1?2層，結(jié)構(gòu)完整，對石墨烯結(jié)構(gòu)破壞性?。?br>[0016]所采用的溶劑熱法同時滿足了四氧化三鐵高效制備及石墨烯與四氧化三鐵的復(fù)合，所用的材料清潔環(huán)保，無二次污染，是一條環(huán)保制備路線。
【附圖說明】
[0017]圖1是實施例1制得的石墨烯的電鏡圖；
[0018]圖2是實施例2制得的石墨烯的電鏡圖；
[0019]圖3是四氧化三鐵電鏡圖；
[0020]圖4是四氧化三鐵粒徑分布圖；
[0021]圖5是實施例4制得的石墨烯/四氧化三鐵復(fù)合材料電鏡圖。
【具體實施方式】
[0022]實施例1
[0023]將天然鱗片石墨5g與高鐵酸鉀20g、天冬氨酸300g混合倒入球磨罐中，所采用的球磨機(jī)為全方位行星式球磨機(jī)，球磨時間為24h，所設(shè)定的轉(zhuǎn)速為500rpm，球磨罐中球與粉料的質(zhì)量比例為10:1，球磨結(jié)束后，先用配好的5%的稀鹽酸清洗粉體并離心，重復(fù)3-4次至上層清液為中性，再用蒸餾水清洗并離心，將最終的粉體放入60°C的烘箱中干燥至恒重。最終制得的石墨烯電鏡圖如圖1所示，表面基本沒有缺陷，表面形貌完整，制得的石墨烯厚度為0.3nm，尺寸為8 μ m0
[0024]實施例2
[0025]將天然鱗片石墨5g與高鐵酸鉀25g、天冬氨酸250g混合倒入球磨罐中，所采用的球磨機(jī)為全方位行星式球磨機(jī)，球磨時間為36h，所設(shè)定的轉(zhuǎn)速為300rpm，球磨罐中球與粉料的質(zhì)量比例為10:1，球磨結(jié)束后，先用配好的5%的稀鹽酸清洗粉體并離心，重復(fù)3-4次至上層清液為中性，再用蒸餾水清洗并離心，將最終的粉體放入60°C的烘箱中干燥至恒重。最終制得的石墨烯電鏡圖如圖2所示，表面基本沒有缺陷，表面形貌完整，制得的石墨烯厚度為0.6nm，尺寸為5 μ m0
[0026]實施例3
[0027]將天然鱗片石墨5g與高鐵酸鉀23g、天冬氨酸280g混合倒入球磨罐中，所采用的球磨機(jī)為全方位行星式球磨機(jī)，球磨時間為30h，所設(shè)定的轉(zhuǎn)速為400rpm，球磨罐中球與粉料的質(zhì)量比例為10:1，球磨結(jié)束后，先用配好的5%的稀鹽酸清洗粉體并離心，重復(fù)3-4次至上層清液為中性，再用蒸餾水清洗并離心，將最終的粉體放入60°C的烘箱中干燥至恒重。制得的石墨稀厚度為0.7nm，尺寸為7 μπ?ο
[0028]對比例1
[0029]將實施例1中的天冬氨酸替換為等量的蘇氨酸，其他條件同實施例1，制得的石墨稀厚度為2nm，尺寸為5 μ m。
[0030]對比例2
[0031]將實施例1中的高鐵酸鉀去除，其他條件同實施例1，制得的石墨烯厚度為3nm，尺寸為6 μπι。
[0032]實施例4
[0033]取實施例1制備得到的石墨烯粉體0.008g和將49.02ml乙二醇和0.98ml蒸餾水通過超聲均勾混合，隨后依次加入0.406g無水三氯化鐵和1.026g無水乙酸鈉，強(qiáng)烈攪拌形成均勻的混合溶液，將形成的混合溶液倒入60ml的聚四氟乙烯反應(yīng)釜中，密封置于200°C烘箱中反應(yīng)8h后自然冷卻，通過磁鐵分離，以乙醇和水清洗數(shù)次，最后置于60°C烘箱中干燥至恒重。最終制得的石墨烯/四氧化三鐵電鏡圖如圖5所示，其中的球形顆粒為所制備的四氧化三鐵，并且四氧化三鐵是附著在石墨烯片的表面上。經(jīng)測定復(fù)合材料磁化強(qiáng)度為70emu/go
[0034]將實施例4中石墨烯粉體去除，最終制得四氧化三鐵材料，其電鏡圖如圖3所示，最別得到的四氧化三鐵材料顆粒大小均勻。圖4為制得的四氧化三鐵材料的粒徑分布圖。
[0035]實施例5
[0036]取實施例1制備得到的石墨烯粉體0.002g和將20.82ml乙二醇和4.12ml蒸餾水通過超聲均勾混合，隨后依次加入0.205g無水三氯化鐵和1.026g無水乙酸鈉，強(qiáng)烈攪拌形成均勻的混合溶液，將形成的混合溶液倒入60ml的聚四氟乙烯反應(yīng)釜中，密封置于200°C烘箱中反應(yīng)8h后自然冷卻，通過磁鐵分離，以乙醇和水清洗數(shù)次，最后置于60°C烘箱中干燥至恒重。經(jīng)測定復(fù)合材料磁化強(qiáng)度為68emu/g。
[0037]實施例6
[0038]取實施例1制備得到的石墨烯粉體0.038g和將246.52ml乙二醇和1.64ml蒸餾水通過超聲均勻混合，隨后依次加入2.02g無水三氯化鐵和3.252g無水乙酸鈉，強(qiáng)烈攪拌形成均勻的混合溶液，將形成的混合溶液倒入聚四氟乙烯反應(yīng)釜中，密封置于200°C烘箱中反應(yīng)8h后自然冷卻，通過磁鐵分離，以乙醇和水清洗數(shù)次，最后置于60°C烘箱中干燥至恒重。經(jīng)測定復(fù)合材料磁化強(qiáng)度為72emu/g。
[0039]應(yīng)當(dāng)理解，以上所描述的具體實施例僅用于解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。由本發(fā)明的精神所引伸出的顯而易見的變化或變動仍處于本發(fā)明的保護(hù)范圍之中。
【主權(quán)項】
1.一種石墨烯的制備方法，其特征在于:將石墨原料、高鐵酸鉀和天冬氨酸混合后進(jìn)行球磨，球磨結(jié)束后，用稀鹽酸清洗粉體并離心，至上清液為中性，再用蒸餾水清洗并離心，最終將粉體干燥至恒重。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:所述的球磨機(jī)為全方位行星式球磨機(jī)，球磨時間為24?36h，轉(zhuǎn)速為300?500rpm。3.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:所述的石墨原料與高鐵酸鉀質(zhì)量比為1:4?5，所述石墨原料與天冬氨酸質(zhì)量比為1:50?60。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:所述球磨過程中磨球與粉料的質(zhì)量比為10:lo5.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:所述的原料為天然鱗片石里年、ο6.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:所述稀鹽酸質(zhì)量濃度為5%，所述的干燥溫度為60°C。7.根據(jù)權(quán)利要求1?6任一項所述制備方法制備的石墨烯的應(yīng)用，其特征在于:將石墨稀與四氧化三鐵復(fù)合，步驟如下: 將制得的石墨烯粉末與乙二醇和蒸餾水混合均勻，然后依次加入無水三氯化鐵和無水乙酸鈉，攪拌形成均勻的混合溶液；將混合溶液加入反應(yīng)釜中進(jìn)行密封反應(yīng)，然后自然冷卻，通過磁分離后進(jìn)行清洗，并干燥至恒重。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的石墨烯的應(yīng)用，其特征在于:所述的乙二醇與蒸餾水的體積比為5?150。9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的石墨烯的應(yīng)用，其特征在于:所述的無水三氯化鐵中Fe3+與無水乙酸鈉中的Ac摩爾比為0.1?0.3:1，所述無水三氯化鐵與蒸餾水的質(zhì)量比為0.05?1.23:1，所述的石墨烯與無水氯化鐵摩爾比為1:4?1:8。10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的石墨烯的應(yīng)用，其特征在于:所述的密封反應(yīng)溫度為200°C，反應(yīng)8h，所述干燥溫度為60 °C。
【專利摘要】本發(fā)明涉及石墨烯技術(shù)領(lǐng)域，一種石墨烯的制備方法，將原料、高鐵酸鉀和天冬氨酸混合后進(jìn)行球磨，球磨結(jié)束后，用稀鹽酸清洗粉體并離心，至上清液為中性，再用蒸餾水清洗并離心，最終將粉體干燥至恒重。有益效果：本發(fā)明石墨烯制備方法簡單有效，制得的石墨烯厚度為1～2層，結(jié)構(gòu)完整，對石墨烯結(jié)構(gòu)破壞性??；所采用的溶劑熱法同時滿足了四氧化三鐵高效制備及石墨烯與四氧化三鐵的復(fù)合，所用的材料清潔環(huán)保，無二次污染，是一條環(huán)保制備路線。
【IPC分類】C01B31/04
【公開號】CN105271202
【申請?zhí)枴緾N201510786213
【發(fā)明人】王建新, 操林海, 蔣曉曙, 史貴才, 黃小紅
【申請人】江蘇城工建設(shè)科技有限公司
【公開日】2016年1月27日
【申請日】2015年11月16日