[發(fā)明專利]一種石墨烯分散液及其薄膜的制備方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210128930.6
• 申請日: 2012-04-27
• 公開（公告）號: CN102659096A
• 公開（公告）日: 2012-09-12
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 徐偉箭;歐恩才;熊遠(yuǎn)欽;解艷艷;彭化;宋亞偉
• 申請（專利權(quán)）人: 湖南大學(xué)
• 主分類號: C01B31/04
• 分類號: C01B31/04
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

所屬技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于石墨烯制備及應(yīng)用領(lǐng)域，涉及高質(zhì)量、穩(wěn)定石墨烯分散液及其薄膜的制備方法。

背景技術(shù)

石墨烯具有優(yōu)異的電學(xué)、力學(xué)及熱學(xué)性能，如：楊氏模量高達(dá)1100Gpa；斷裂伸長率125％；比表面積2630m²/g(理論計算值)；導(dǎo)熱性5000w/(m·K)；電子遷移率200000m²/(V·s)。由于石墨烯具有這樣優(yōu)異的性質(zhì)以及在各種領(lǐng)域的潛在應(yīng)用價值，實現(xiàn)石墨烯的大規(guī)模、低成本、可控合成和制備具有重要意義。目前，石墨烯的制備方法主要有微機(jī)械剝離法、化學(xué)氣相沉積法、外延取向生長法、氧化石墨還原法、液相剝離法等。

氧化石墨還原法、液相剝離法能規(guī)模化制備，而氧化石墨還原法因為氧化作用，得到的氧化石墨烯結(jié)構(gòu)已被破壞，用還原劑還原只是去除含氧官能團(tuán)，其苯環(huán)共軛結(jié)構(gòu)無法修復(fù)，導(dǎo)致其性能(特別是導(dǎo)電性)下降，因此，還原氧化石墨烯在其應(yīng)用上受到極大限制。而用液相剝離法得到的石墨烯分散液，其石墨烯的結(jié)構(gòu)完整，品質(zhì)質(zhì)量高；且可以轉(zhuǎn)移到其它基底上用于制備石墨烯器件，也可以在分散液中與其他物質(zhì)反應(yīng)或共混，而用于制備石墨烯復(fù)合材料。因此，用液相剝離法規(guī)模化制備石墨烯被認(rèn)為最有可能工業(yè)化的方法，且所得的石墨烯結(jié)構(gòu)完整、沒有缺陷。

用液相剝離方法制備石墨烯分散液已有報道，且所得的石墨烯沒有任何缺陷。美國stanford大學(xué)的戴宏杰等(Li?X，Zhang?G，Bai?X，et?al.Highly?conducting?graphene?sheets?and?Langmuir-Blodgett?films.Nature?Nanotechnology，2008，3(9)：538-542)最早報道用液相剝離方法制備石墨烯分散液，他們用四丁基溴化季銨鹽作為插層劑，在液相中剝離，得到高導(dǎo)電性的石墨烯。然后Coleman等(Hernandez?Y，Nicolosi?V，Lotya?M，et?al.High-yield?production?of?graphene?by?liquid-phase?exfoliation?of?graphite.Nature?Nanotechnology，2008，3(9)：563-568.)報道了直接在多種溶劑(N-甲基吡咯烷酮NMP，N，N-二乙基甲酰胺DMA，γ-丁內(nèi)酯GBL，1，3-二甲基-2-咪唑烷酮DMEU)中直接剝離石墨，得到石墨烯分散液，但NMP溶劑中石墨烯的濃度只有6μg/mL。隨后Coleman等(Lotya?M，Hernandez?Y，King?P?J，et?al.Liquid?phase?production?of?graphene?by?exfoliaion?of?graphite?in?surfactant/water?solutions.Journal?of?American?Chemistry?S℃iety，2009，131(10)：3611-3620)通過在水中加入表面活性劑(十二烷基磺酸鈉DDS)，在水相中通過液相剝離的方法制備出0.1mg/mL石墨烯分散液。這些前期的探索為液相剝離制備石墨烯分散液提供了一些方法和理論基礎(chǔ)。