[發明專利]一種石墨烯/碳納米管復合材料的制備方法

有效

• 申請號: 201210574038.0
• 申請日: 2012-12-26
• 公開（公告）號: CN103896240A
• 公開（公告）日: 2014-07-02
• 發明（設計）人: 周明杰;吳鳳;王要兵
• 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: 廣州三環專利代理有限公司 44202
• 代理人: 郝傳鑫;熊永強

技術領域

本發明涉及復合材料的制備領域，尤其涉及一種石墨烯/碳納米管復合材料的制備方法。

背景技術

英國曼徹斯特大學的安德烈·K·海姆(Andre?K.Geim)等在2004年制備出石墨烯材料，由于其獨特的結構和光電性質受到了人們廣泛的重視。單層石墨由于其大的比表面積，優良的導電、導熱性能和低的熱膨脹系數而被認為是理想的材料。如：1，高強度，楊氏摩爾量，(1,100GPa)，斷裂強度：(125GPa)；2，高熱導率，(5,000W/mK)；3，高導電性、載流子傳輸率，(200,000cm²/V*s)；4，高的比表面積，(理論計算值：2,630m²/g)。尤其是其高導電性質，大的比表面性質和其單分子層二維的納米尺度的結構性質，可在超級電容器和鋰離子電池中用作電極材料。

由于石墨烯的單分子層的二維結構在干燥失去層間的水過程中很容易發生團聚，最終導致其比表面積的利用率大大降低，由于碳納米管和石墨烯在結構和性能上有很多相似之處，因此可通過碳納米管插入到石墨烯層間，使得石墨烯層與層之間相互分離開，以達到提高石墨烯干燥后的比表面積，避免石墨烯團聚和疊層，進而增大超級電容器的比電容的目的。

一般通過石墨烯直接與碳納米管超聲混合，由于石墨烯和碳納米管均較難在溶劑中分散，容易導致分散不均勻。

發明內容

本發明所要解決的問題在于提供一種石墨烯與碳納米管均勻分散混合的石墨烯/碳納米管復合材料的制備方法。

本發明提供的石墨烯/碳納米管復合材料的制備方法，是將石墨烯加入到溶劑中，超聲分散一段時間，然后加入酸處理過的碳納米管，超聲攪拌，然后將其放入高溫高壓反應釜中，加熱加壓到溶劑的臨界溫度，反應一定時間后，卸掉壓力，得到石墨烯與碳納米管的粗產品，然后通過乙醇反復沖洗，過濾，干燥得到石墨烯與碳納米管的混合物。

技術方案如下：

一種石墨烯/碳納米管復合材料的制備方法，包括如下步驟：

將石墨烯加入到溶劑中，超聲處理后配置成濃度為0.5-2mg/ml的石墨烯懸浮液；

將經酸處理過的碳納米管加入到所述石墨烯懸浮液中，再次超聲處理，得到前驅體溶液；其中，所述石墨烯與碳納米管的質量比為1:1-5:1；

將前驅體溶液置于反應器中密封后，在240℃-400℃和5-25MPa壓力下進行熱處理10-60min，隨后去除壓力，得到石墨烯/碳納米管復合材料。

所述石墨烯/碳納米管復合材料的制備方法，優選地，所述溶劑為水、異丙醇、甲醇及DMF（N,N-二甲基甲酰胺）中的至少一種。

所述石墨烯/碳納米管復合材料的制備方法，優選地，石墨烯懸浮液的配置和碳納米管加入石墨烯懸浮液中步驟中，所述超聲處理的時間均為0.5-1h。

所述石墨烯/碳納米管復合材料的制備方法，優選地，處理碳納米管所用的酸為濃硫酸與濃硝酸的混酸；濃硫酸與濃硝酸的體積比為3:1。

所述石墨烯/碳納米管復合材料的制備方法，優選地，所述反應器為高溫高壓反應釜。

所述石墨烯/碳納米管復合材料的制備方法，優選地，所述熱處理后，還對石墨烯/碳納米管復合材料進行純化干燥處理：

將熱壓處理后得到的產物用乙醇反復沖洗、過濾，隨后于60℃下真空干燥，得到純化的石墨烯/碳納米管復合材料。

本發明提供的石墨烯/碳納米管復合材料的制備方法的優點在于：通過臨界流體的作用，使得石墨烯與碳納米管混合的更為均勻，通過瞬間釋放的壓力，破壞石墨烯層與層之間的范德華力，使得石墨烯不容易團聚，從而得到碳納米管和石墨烯均勻分散混合的復合材料。

附圖說明

圖1為實施例1制得的石墨烯/碳納米管復合材料的掃描電鏡（SEM）圖。

具體實施方式

下面結合附圖，對本發明的較佳實施例作進一步詳細說明。

實施例1

（1）石墨烯與碳納米管的混合溶液：將石墨烯加入到水中，配置成濃度為0.5mg/ml的石墨烯溶液超聲0.5h，得到均勻分散的石墨烯懸浮液。然后將酸處理的碳納米管緩慢加入到石墨烯懸浮液中，超聲分散1h。

其中石墨烯與碳納米管的質量比為1：1。

其中酸處理的碳納米管的具體步驟為：稱取2g碳納米管于三口燒瓶中，加入濃硫酸60ml，濃硝酸20ml，超聲分散30min，在120℃的油浴中回流1h，將溶液用蒸餾水稀釋，去除上層清液，反復沖洗數次，過濾，水洗至中性，真空干燥箱干燥，得到酸處理的MWNTs（多壁碳納米管）。