[發明專利]一種超聲波輔助的壓縮CO2流體制備石墨烯的方法

有效

• 申請號: 201210008133.4
• 申請日: 2012-01-11
• 公開（公告）號: CN102583326A
• 公開（公告）日: 2012-07-18
• 發明（設計）人: 王燕;趙亞平;王武聰;李思寧;金鶴陽
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: C01B31/04
• 分類號: C01B31/04
• 代理公司: 上?？剖⒅R產權代理有限公司 31225
• 代理人: 林君如

技術領域

本發明屬于納米新材料領域，尤其是涉及一種超聲波輔助的壓縮CO₂流體制備石墨烯的方法。

背景技術

二維材料石墨烯是碳的同素異形體，10層以下的石墨統稱為石墨烯。石墨烯是目前發現的最薄、最輕、強度最大、最堅硬、載流子遷移率最高、電流密度耐性最大的新型材料。石墨烯有良好的熱學性質、力學性質、結晶性能，以及極其優良的電學性質，是目前導電性能最為出色的材料，應用前景十分廣泛，可用做分子偵測、超級電容器、熱界面材料、集成電路、生物器件、抗菌物質等。

目前，石墨烯制備方法主要有：機械剝離法、化學氣相沉積(CVD)法、SiC熱分解法、氧化還原法等。機械剝離法可獲得高品質石墨烯，但不適合大量生產。中國專利(申請號：201110048734.3)公開了“一種基于化學沉積法制備石墨烯材料的方法”，采用該法，相對增大了產品面積，晶型也較為完整，但是溫度過高，有一定危險性。中國專利(申請號：200910023384.8)公開了一種“4H-SiC硅面外延生長石墨烯的方法”可增大石墨烯面積，但基板價格昂貴，成本較高，不宜大量生產。中國專利(申請號：201110065030.7)公開了“一種化學剝離制備氧化石墨烯的方法”，因其成本低廉、簡單易行是現階段較成熟的方法，但由于其對石墨進行了氧化還原，使其電學等性能降低，很難制備出高品質石墨烯薄片。因此，以上方法都存在一定的局限性。簡單、低成本制備高品質石墨烯的方法是急需解決的問題。

發明內容

本發明的目的就是為了克服上述現有技術存在的缺陷而提供一種超聲波輔助的壓縮CO₂流體制備石墨烯的方法，具有操作簡單、快速、易行、高效率以及環保，適于規?；a的優點，尤其該方法是物理過程，保證了石墨烯的完美性能。

本發明的目的可以通過以下技術方案來實現：

一種超聲波輔助的壓縮CO₂流體制備石墨烯的方法，用壓縮CO₂流體為剝離劑，超聲波為輔助剝離的手段，具體步驟包括：

(1)稱取石墨粉和表面活性劑，放到反應釜中；

(2)待反應釜的溫度達到設定值后，將CO₂通過高壓泵打入反應釜，壓縮CO₂流體循環時間為10～100min，待反應釜的壓力達到預設值后，打開超聲波儀器，控制功率在一定范圍。

(3)待超聲時間到達設定值后，關閉超聲波，打開閥門將反應釜壓力泄壓至常壓，從高壓釜內取出樣品粉末，石墨烯的大小為20納米～2微米，石墨烯含量達到50～85％，其中層數為1～10層。

步驟(1)中所述的石墨粉為天然石墨或者膨脹石墨。

步驟(1)中所述的表面活性劑為十二烷基硫酸鈉或十二烷基苯磺酸鈉。

步驟(1)中所述的石墨粉和表面活性劑的重量比為1∶0.1～1∶5。

步驟(2)中所述的反應釜的溫度為30～45℃，壓力為8.0～15MPa。

步驟(2)中所述的超聲波儀器的超聲波功率為100～1000W。

步驟(3)中所述的超聲時間為10～50min。

與現有技術相比，本發明利用壓縮CO₂流體的低粘度、高擴散性以及高溶解能力的特殊性質，將CO₂流體注入到石墨層隙之間，形成CO₂流體-石墨的插層結構，同時，分散劑也隨CO₂流體進入石墨層隙，原位吸附到石墨烯表面，在超聲波輔助的作用下，進一步降低石墨層間的作用力，從而將石墨進行剝離，獲得石墨烯。石墨烯表面吸附的分散劑可以防止石墨烯的聚集。

本發明操作溫度低，在不超過50℃的低溫下進行，不會破壞石墨的結構和性質，可制得高質量的石墨烯，并且，制備過程無毒無害，操作安全，工藝過程簡單，后處理簡單易行，安全環保。根據反應釜的壓力、超聲震蕩的時間及其頻率等條件可制備出不同大小，不同層數，不同面積大小，性質完美的石墨烯。

附圖說明

圖1為本發明制備石墨烯的透射電鏡照片；

圖2為本發明制備石墨烯的工藝流程圖示意圖。

具體實施方式

下面結合附圖和具體實施例對本發明進行詳細說明。

實施例1