可溶性鹽輔助機(jī)械球磨法制備石墨烯納米片粉體的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種以石墨粉為前驅(qū)物大規(guī)模制備石墨烯納米片粉體的方法。按質(zhì)量比為1：200～1000將石墨粉和硫酸鈉混合，在高速球磨機(jī)作用下球磨8-12小時(shí)，隨后以蒸餾水清洗除去硫酸鈉，經(jīng)過濾后把產(chǎn)物在80-120℃烘干即可得層數(shù)可調(diào)的石墨烯納米片粉體。該方法具有工藝簡(jiǎn)便、成本低廉、環(huán)保清潔、可按比例規(guī)模生產(chǎn)等優(yōu)點(diǎn)，在制備優(yōu)良石墨烯納米片粉體方面將有廣闊的應(yīng)用前景。
【專利說明】可溶性鹽輔助機(jī)械球磨法制備石墨烯納米片粉體
【技術(shù)領(lǐng)域】[0001]本發(fā)明涉及一種以石墨粉為前驅(qū)物大規(guī)模制備石墨烯納米片粉體的方法。
【背景技術(shù)】[0002]自2004年世界上最薄的材料-石墨烯首次被發(fā)現(xiàn)以來(Science 2004，306，666)，石墨烯便以其特殊的結(jié)構(gòu)而受到全世界科學(xué)家的青睞。隨即關(guān)于石墨烯具有許多獨(dú)特的性能也被預(yù)言。例如，石墨烯具有極高的載流子遷移率，高達(dá)15000cm，是商用硅片的10倍；它的力學(xué)強(qiáng)度高達(dá)130GPa，是鋼的100多倍；其熱傳導(dǎo)率高達(dá)5000W HT1IT1,為室溫下純金剛石的3倍；此外它對(duì)近紅外、可見光及紫外光均具有優(yōu)異的透過性；石墨烯還具有優(yōu)異的柔軟性和極高的比表面積等。因此，石墨烯作為一種重要的功能性碳基納米材料，有望在電子學(xué)、能源、機(jī)械、化工、特種材料和醫(yī)療等領(lǐng)域獲得廣泛應(yīng)用。掌握該材料的低廉、規(guī)?；苽涫窃擃I(lǐng)域發(fā)展的前提，因此，發(fā)展更簡(jiǎn)便、更經(jīng)濟(jì)的新的制備方法，開發(fā)該材料的新結(jié)構(gòu)體系和性能是該領(lǐng)域的基礎(chǔ)性、前瞻性研究，是獲得源頭創(chuàng)新和自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的有效途徑，意義重大。[0003]目前人們制備石墨烯的方法通常采用以下幾種方法。如機(jī)械法制備單層石墨烯(Science 2004，306，666)，工藝簡(jiǎn)單、制作成本低、樣品的質(zhì)量高，但產(chǎn)量低，不可控，同時(shí)樣品所在區(qū)域會(huì)存在少許膠潰，表面清潔度不高；氧化石墨還原法大量低成本合成石墨烯懸浮液(Adv.Funct.Mater.2009,19,1987 ；Nature Nanotechn.2009,4,25)，但經(jīng)過強(qiáng)烈的氧化-還原過程會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)物里面不可避免存在一定的缺陷，如五元環(huán)、七元環(huán)等拓?fù)淙毕莼虼嬖?OH基團(tuán)的結(jié)構(gòu)缺陷，這將導(dǎo)致石墨烯部分電學(xué)性能的損失，使石墨烯的本征性能應(yīng)用受到限制；一些氣相合成路徑，如化學(xué)氣相沉積、熱分解碳化硅、外延生長(zhǎng)法等等，雖然可以大面積制備較高品質(zhì)的石墨烯，但也存在很難解決規(guī)模化合成石墨烯粉體、產(chǎn)物受襯底影響、制備成本高等問題(Small 2011,7,3163 ；ACS Nano, 2011, 5,9194 ；Science, 2006,312,1191 ；Adv.Mater.2009，21，2777)。其它如溶劑熱法、化學(xué)剝離法、微波法等也都存在反應(yīng)條件苛刻、能耗大，石墨烯納米片有燒損、環(huán)境不甚友好、需要強(qiáng)烈氧化斷裂化學(xué)鍵過程以致破壞產(chǎn)物結(jié)構(gòu)等問題(Nature Nanotechn.2009,4, 30 ；Nature Nanotechn.2009,4, 30 ；Science，2008，319，1229 ;Carbon，2010，48，1146.)。所以發(fā)展一條簡(jiǎn)便、低成本、環(huán)保型、大規(guī)模制備石墨烯粉體的技術(shù)路線將是一個(gè)很重要的課題。

【發(fā)明內(nèi)容】
[0004]本發(fā)明目的是提供一種可溶性鹽輔助機(jī)械球磨法制備石墨烯納米片粉體。由于該方法具有工藝簡(jiǎn)便、成本低廉、環(huán)保清潔、可按比例規(guī)模生產(chǎn)等優(yōu)點(diǎn)，所以在制備優(yōu)良石墨烯納米片粉體方面將有廣闊的應(yīng)用前景。[0005]本發(fā)明的技術(shù)方案是:按質(zhì)量比為1: 200~1000將石墨粉和硫酸鈉混合，在高速球磨機(jī)作用下球磨8-12小時(shí)，隨后以蒸餾水清洗除去硫酸鈉，經(jīng)過濾后把產(chǎn)物在80-120°C烘干即可得層數(shù)可調(diào)的石墨烯納米片粉體。[0006]上述各原料物組份用量代表了它們的比例關(guān)系，在實(shí)際生產(chǎn)中可根據(jù)需要進(jìn)行成倍的擴(kuò)大或縮小，這都代表了本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0007]本發(fā)明所產(chǎn)生的有益效果是:
[0008]1.本發(fā)明所提出的可溶性鹽輔助機(jī)械球磨法制備石墨烯納米片粉體，其特點(diǎn)是以低廉的石墨粉體為前驅(qū)物來制備石墨烯粉體，且制得的產(chǎn)率高達(dá)70%以上。
[0009]2.本發(fā)明所提出的可溶性鹽輔助機(jī)械球磨法制備石墨烯納米片粉體，其特點(diǎn)是制備石墨烯粉體的反應(yīng)過程簡(jiǎn)單，只需通過球磨作用，使得石墨粉附著在可溶性鹽的表面，且不斷增加可溶性鹽的用量，可使得附著在可溶性鹽表面的石墨片會(huì)越來越薄，最后以水清洗可溶性鹽,過濾便得到所需的石墨烯粉體。。
[0010]3、本發(fā)明所提出的可溶性鹽輔助機(jī)械球磨法制備石墨烯納米片粉體，其特點(diǎn)是所制備的石墨烯粉體具有較高的熱穩(wěn)定性，缺陷少，因而在電催化、電子學(xué)上有較大的應(yīng)用價(jià)值。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]圖1:當(dāng)石墨粉與硫酸鈉的質(zhì)量比為1: 300時(shí)候,通過球磨作用9h,再清洗硫酸鈉，最后所得的石墨烯納米片的透射電鏡圖片。電鏡圖片顯示，石墨烯納米片層數(shù)在10-20左右。
[0012]圖2:當(dāng)石墨粉與硫酸鈉的質(zhì)量比為1: 400時(shí)候，通過球磨作用9.5h，再清洗硫酸鈉，最后所得的石墨烯納米片的透射電鏡圖片。電鏡圖片顯示，石墨烯納米片層數(shù)在10-15左右。
[0013]圖3:當(dāng)石墨粉與硫酸鈉的質(zhì)量比為1: 700時(shí)候，通過球磨作用10h，再清洗硫酸鈉，最后所得的石墨烯納米片的透射電鏡圖片。電鏡圖片顯示，石墨烯納米片層數(shù)在4-8左右。
[0014]圖4:當(dāng)石墨粉與硫酸鈉的質(zhì)量比為1: 1000時(shí)候,通過球磨作用Ilh,再清洗硫酸鈉，最后所得的石墨烯納米片的透射電鏡圖片。電鏡圖片顯示，大多石墨烯為雙層。
【具體實(shí)施方式】
[0015]本發(fā)明所需裝置主要有高速球磨機(jī)和過濾裝置兩部分組成，各部分作用如下:(I)高速球磨機(jī)提供制備場(chǎng)所；(2)過濾裝置除去可溶性鹽。
[0016]實(shí)施例1以石墨粉與硫酸鈉的質(zhì)量比為1: 300為例，制備石墨烯納米片。
[0017]稱量0.0833克石墨粉和25克硫酸鈉粉體，充分混合后放置于100毫升球磨罐中，在轉(zhuǎn)速為300轉(zhuǎn)/分鐘的球磨作用下球磨9h，在過濾裝置上以蒸餾水反復(fù)，直至濾液中無法檢測(cè)到硫酸根的存在，最后90°C下烘干產(chǎn)物即可得到石墨烯納米片粉體。其透射電鏡圖片如附圖1所示。
[0018]實(shí)施例2以石墨粉與硫酸鈉的質(zhì)量比為1: 400為例，制備石墨烯納米片。
[0019]稱量0.0625克石墨粉和25克硫酸鈉粉體，充分混合后放置于100毫升球磨罐中，在轉(zhuǎn)速為300轉(zhuǎn)/分鐘的球磨作用下球磨9.5h，在過濾裝置上以蒸餾水反復(fù)，直至濾液中無法檢測(cè)到硫酸根的存在，最后100°C下烘干產(chǎn)物即可得到石墨烯納米片粉體。其透射電鏡圖片如附圖2所示。[0020]實(shí)施例3以石墨粉與硫酸鈉的質(zhì)量比為1: 700為例，制備石墨烯納米片。
[0021]稱量0.0357克石墨粉和25克硫酸鈉粉體，充分混合后放置于100毫升球磨罐中，在轉(zhuǎn)速為300轉(zhuǎn)/分鐘的球磨作用下球磨10h，在過濾裝置上以蒸餾水反復(fù)，直至濾液中無法檢測(cè)到硫酸根的存在，最后110°C下烘干產(chǎn)物即可得到石墨烯納米片粉體。其透射電鏡圖片如附圖3所示。[0022]實(shí)施例4以石墨粉與硫酸鈉的質(zhì)量比為1: 1000為例，制備石墨烯納米片。
[0023]稱量0.0250克石墨粉和25克硫酸鈉粉體，充分混合后放置于100毫升球磨罐中，在轉(zhuǎn)速為300轉(zhuǎn)/分鐘的球磨作用下球磨llh，在過濾裝置上以蒸餾水反復(fù)，直至濾液中無法檢測(cè)到硫酸根的存在，最后120°C下烘干產(chǎn)物即可得到石墨烯納米片粉體。其透射電鏡圖片如附圖4所示。
【權(quán)利要求】
1.一種可溶性鹽輔助機(jī)械球磨法制備石墨烯納米片納米片粉體，其特征在于:按質(zhì)量比為1: 200~1000將石墨粉和硫酸鈉混合，在高速球磨機(jī)作用下球磨8-12小時(shí)，隨后以蒸餾水清洗除去硫酸鈉，經(jīng)過濾后把產(chǎn)物在80-120°C烘干即可得層數(shù)可調(diào)的石墨烯納米片粉體。·
【文檔編號(hào)】B82Y30/00GK103570005SQ201210266191
【公開日】2014年2月12日 申請(qǐng)日期:2012年7月19日 優(yōu)先權(quán)日:2012年7月19日
【發(fā)明者】余樂書, 呂英英, 陳廣大, 謝愛理, 姜成名, 賴濤, 李洋 申請(qǐng)人:上饒師范學(xué)院