[發明專利]基于高能輻照一步制備功能化石墨烯的方法

無效

• 申請號: 201210095888.2
• 申請日: 2012-04-05
• 公開（公告）號: CN102583358A
• 公開（公告）日: 2012-07-18
• 發明（設計）人: 徐志偉;陳磊;張瑤瑤;許廣昀;李英琳;劉梁森;單明景
• 申請（專利權）人: 天津工業大學
• 主分類號: C01B31/04
• 分類號: C01B31/04;B82Y40/00
• 代理公司: 天津才智專利商標代理有限公司 12108
• 代理人: 龐學欣

技術領域

本發明屬于無機碳材料結構改性技術領域，特別是涉及一種基于高能輻照一步制備功能化石墨烯的方法。

背景技術

石墨烯是由一層密集的、包裹在蜂巢晶體點陣上的碳原子組成，是世界上最薄的二維材料，其厚度僅為0.35nm。這種特殊結構蘊含了豐富而新奇的物理現象，使石墨烯表現出許多優異性質。例如：石墨烯的強度是已測試材料中最高的鋼的100多倍；其載流子遷移率是目前已知的具有最高遷移率的銻化銦材料的兩倍；其熱導率是金剛石的3倍；而且其還具有室溫量子霍爾效應及室溫鐵磁性等特殊性質。

近年來，石墨烯及其復合材料以其優異的性能在材料領域占據越來越重要的位置，石墨烯基復合材料更被認為將會在微電極設備、傳感器、生物醫藥、機械諧振器、超級電容器等領域具有重大應用前景。但其缺點是既不親水也不親油，加之化學反應惰性，因此阻礙了其應用，因而擴大其應用范圍及促進其發展的有效辦法是將這種材料進行氧化及功能化處理，以使其可分散于某種溶液。目前石墨烯的功能化方法主要是共價鍵功能化方法和非共價鍵功能化方法。共價鍵功能化方法是目前研究最為廣泛的功能化方法，其基于石墨烯氧化物中含有的羧基、羥基和環氧鍵等活性基團，通過化學反應接枝對石墨烯進行功能化。除共價鍵功能化外，還可以用π-π相互作用、離子鍵以及氫鍵等非共價鍵作用方法實現石墨烯納米片的功能化。前者為石墨烯納米片帶來了新的功能，但容易破壞石墨烯的結構，雖然后者保持了石墨烯納米片的結構，但在石墨烯中引入了其它組分。

發明內容

為了解決上述問題，本發明的目的在于提供一種操作過程簡單、成本低廉的基于高能輻照一步制備功能化石墨烯的方法。

為了達到上述目的，本發明提供的基于高能輻照一步制備功能化石墨烯的方法包括按順序進行的下列步驟：

1)將作為原料的氧化石墨與極性小分子有機溶劑混合，然后將混合溶液進行超聲分散處理0.5～2小時以使二者混合均勻，極性小分子有機溶劑選自環氧氯丙烷、苯乙烯/丙酮溶液、丙烯酸和乳酸中的一種或多種；

2)將上述分散液置于⁶⁰Co的輻照源室內，然后在輻照劑量率為0.6×10³Gy/h～6×10³Gy/h，輻照劑量為1×10⁴Gy～2×10⁶Gy的條件下對混合溶液進行γ射線輻照，輻照時間為1.6～3000小時，使氧化石墨的表面剝離而形成石墨烯納米片。

所述的氧化石墨與極性小分子有機溶劑的用量比為1mg∶0.1～100ml。

所述的輻照處理溫度為0～80℃。

本發明提供的基于高能輻照一步制備功能化石墨烯的方法是一種共價鍵功能化方法，其是利用γ射線粒子能量高、穿透力強的特點，使插層進入較厚的氧化石墨層間的功能化小分子有機物與氧化石墨發生接枝反應，從而導致氧化石墨層間距增大，進而剝離形成石墨烯納米片。由于該功能化的石墨烯納米片表面接枝了大量的極性官能團，易溶于水、四氫呋喃等溶劑中和分散在高分子樹脂中，可廣泛用于納米復合材料、傳感器的制備等研究領域。另外，本發明方法還具有操作過程簡單、成本低廉，綠色環保等優點，并且可增加單片層石墨烯納米片的比例，獲得高品質功能化石墨烯材料，實現工業化批量生產。

附圖說明

圖1為輻照前的氧化石墨和輻照后的石墨烯納米片XRD譜圖。

圖2為輻照前的氧化石墨和輻照后的石墨烯納米片XPS譜圖。

具體實施方式

下面結合附圖和具體實施例對本發明提供的基于高能輻照一步制備功能化石墨烯的方法進行詳細說明。

實施例1：