[發明專利]碳納米壁及由其制備石墨烯納米帶的方法

有效

• 申請號: 201210490930.0
• 申請日: 2012-11-27
• 公開（公告）號: CN103832999A
• 公開（公告）日: 2014-06-04
• 發明（設計）人: 周明杰;袁新生;王要兵;劉大喜
• 申請（專利權）人: 海洋王照明科技股份有限公司;深圳市海洋王照明技術有限公司;深圳市海洋王照明工程有限公司
• 主分類號: C01B31/02
• 分類號: C01B31/02;C01B31/04;B82Y30/00
• 代理公司: 深圳市隆天聯鼎知識產權代理有限公司 44232
• 代理人: 劉抗美;劉耿

技術領域

本發明涉及化學材料合成領域，尤其涉及一種碳納米壁及其制備方法。本發明還涉及利用該碳納米壁制備的石墨烯納米帶及制備方法。

背景技術

碳材料的種類包括零維的富勒烯（C₆₀等），一維的碳納米管、碳納米纖維等，二維的石墨烯，三維的石墨、金剛石等。碳納米壁（英文縮寫CNW）是具有二維擴散結構的碳納米結構體，其最典型的形貌特征就是可垂直于基底材料表面生長，且為厚度大于石墨烯的壁狀結構，其與富勒烯、碳納米管、石墨烯等的特征完全不同，可作為制備其它碳材料的原料。

在石墨烯發現之前，人們就在研究碳納米壁的制備方法，早在2002年就有碳納米壁的制備及其相關應用的文獻報導。但不管是早期的還是近期的制備方法，都會涉及到反應在等離子體氣氛下進行，這就會對CNW的結構造成一定的破壞。

石墨烯納米帶不僅擁有石墨烯的性能，還具備一些特殊的性能，例如其長徑比很大，可高達上千倍，在集成電路方面可代替銅導線，以進一步提高集成度，亦可對其結構進行改性制備成開關器件。但目前由于石墨烯納米帶制備過程中存在尺寸控制困難、產量低的問題，從而限制了其應用。

發明內容

本發明的第一發明目的在于解決上述現有技術存在的問題和不足，提供一種碳納米壁及其制備方法，利用刻蝕法和光催化化學氣相沉積法制備垂直碳納米壁，其制備工藝簡單、條件易控，并可有效避免現有方法中的等離子體法制備過程中出現的問題，使得碳納米壁的厚度更均勻，結構更完整。

本發明的第二發明目的在于提供一種石墨烯納米帶及其制備方法，采用熱還原法剝離氧化碳納米壁，剝離時間短，制備效率高，工藝簡單。

為達到本發明的第一發明目的，本發明采用的第一技術方案為：一種碳納米壁的制備方法，包括如下步驟：(a)刻蝕襯底：將襯底用0.01～1mol/L的稀酸溶液刻蝕0.5～10分鐘后清洗干凈。

(b)制備碳納米壁：將所述襯底置于無氧環境中加熱至600～900℃，然后開啟紫外光照射所述襯底表面，再通入含碳物質與保護性氣體并保持30～300分鐘，在所述襯底表面得到碳納米壁。

在所述步驟(a)中，所述襯底為鐵箔、鎳箔、鈷箔中一種，所述稀酸溶液為鹽酸、硝酸、硫酸中的一種，所述稀酸溶液的濃度為0.1～0.5mol/L。

在所述步驟(a)中，所述刻蝕的時間為1～3分鐘，所述襯底用去離子水、乙醇、丙酮依次進行清洗。

在所述步驟(b)中，所述含碳物質為甲烷、乙烷、丙烷、乙炔、乙醇中的一種，所述保護性氣體為氦氣、氮氣、氬氣中的一種，通入所述含碳物質的流速為10～1000sccm，所述含碳物質與所述保護性氣體的體積比為（2～10）：1。

本發明還包括利用上述制備方法制得的碳納米壁。

為達到本發明的第二發明目的，本發明采用的第二技術方案包括利用上述碳納米壁制備石墨烯納米帶的方法，括如下步驟：(c)制備氧化碳納米壁漿料：取所述碳納米壁加入到濃硫酸中，再加入高錳酸鉀并攪拌，再加入去離子水進行抽濾，之后用鹽酸進行洗滌、抽濾到濾液呈中性，得到氧化碳納米壁漿料。

(d)制備石墨烯納米帶：將所述氧化碳納米壁漿料干燥至恒重后，轉移到500～1000℃的保護氣氛中加熱10～300分鐘后剝離，冷卻至室溫后，即得到石墨烯納米帶。

在所述步驟(c)中，所述碳納米壁、所述濃硫酸、所述高錳酸鉀及所述過氧化氫的質量體積比為：50g：1150mL：150g：250mL。

在所述步驟(d)中，所述干燥是在真空干燥箱中進行的，所述干燥的溫度為60～100℃。

在所述步驟(d)中，所述保護性氣氛為氫氣、氦氣、氮氣、氬氣中的至少一種。

本發明還包括利用上述制備方法制得的石墨烯納米帶。

與現有技術相比，本發明的碳納米壁及由其制備石墨烯納米帶的方法，存在以下的優點：1.采用刻蝕法和光催化化學氣相沉積法制備垂直碳納米壁，其制備工藝簡單、條件易控、縮短刻蝕時間的同時提高了生產效率，而且光催化能有效降低反應溫度，減少能耗，降低生產成本，并可有效避免現有方法中的等離子體法制備過程中出現的問題，使得碳納米壁的厚度更均勻，結構更完整。

2.采用熱還原法剝離氧化碳納米壁，剝離時間短，制備效率高，工藝簡單。

3.石墨烯納米帶的產率高且原料可自行制備，這樣便降低了生產成本。

4.制備過程中所需的設備都是普通的化工設備，可節約研發設備成本，適合大規模生產。

附圖說明