[發明專利]碳納米壁及石墨烯納米帶的制備方法

有效

• 申請號: 201310019410.6
• 申請日: 2013-01-18
• 公開（公告）號: CN103935975A
• 公開（公告）日: 2014-07-23
• 發明（設計）人: 周明杰;袁新生;王要兵;吳鳳
• 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: 廣州華進聯合專利商標代理有限公司 44224
• 代理人: 何平

技術領域

本發明涉及納米碳材料的合成領域，特別涉及一種碳納米壁的制備方法及使用該方法制備的碳納米壁制備石墨烯納米帶的方法。

背景技術

碳材料的種類有零維的富勒烯（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（carbon?nanowall,CNW）是具有二維擴散的碳納米結構體，其最典型的形貌就是垂直于基底材料表面生長，厚度大于石墨烯的壁狀結構，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。

早于石墨烯發現之前人們就開始研究碳納米壁的制備了。在2002年就有文獻報導碳納米壁的制備及其相關應用，但不管是早期的制備方法還是最近的制備方法，都會涉及到在等離子體氣氛下進行反應，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，例如其長徑比比較大，可高達上千倍，且石墨烯納米帶的電導率較高，在集成電路方面可代替銅導線，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仍然存在很多缺陷，導致其電導率較低。

發明內容

鑒于此，有必要提供一種能夠制備出結構較為完整的碳納米壁的方法及一種能夠制備出具有較高電導率的石墨烯納米帶的方法。

一種碳納米壁的制備方法，包括如下步驟：

將金屬襯底置于濃度為0.01mol/L～1mol/L的酸溶液中蝕刻0.5分鐘～10分鐘；及

在無氧條件下，將蝕刻后的所述金屬襯底加熱至600℃～900℃，使用紫外光照射所述金屬襯底表面，并通入含碳氣體與保護氣，保持30分鐘～300分鐘，反應后，在所述金屬襯底的表面得到碳納米壁；其中，通入所述含碳氣體的流量為10sccm～1000sccm，所述含碳氣體與所述保護氣的流量比為2～10:1。

在其中一個實施例中，在對蝕刻后的所述金屬襯底加熱之前，還包括對蝕刻后的所述金屬襯底依次采用去離子水、乙醇及丙酮進行清洗的步驟。

在其中一個實施例中，所述酸溶液為鹽酸溶液、硫酸溶液或硝酸溶液；所述酸溶液的濃度為0.1mol/L～0.5mol/L；所述金屬襯底在所述酸溶液中的蝕刻時間為60秒～180秒。

在其中一個實施例中，所述金屬襯底為鐵箔、鎳箔及鈷箔中的一種。

在其中一個實施例中，所述含碳氣體為甲烷、乙烷、丙烷、乙炔及乙醇蒸汽中的一種；所述保護氣為氦氣、氮氣及氬氣中的至少一種。

一種石墨烯納米帶的制備方法，包括如下步驟：

根據上述碳納米壁的制備方法制備碳納米壁；

按照質量比為1:0.8～1.2，將所述碳納米壁與氯化物插層劑混合，加熱至460℃～550℃保溫反應2小時～6小時，得到氯化物的插層碳納米壁；及

按照質量體積比為1克:10毫升～100毫升，將所述氯化物的插層碳納米壁與離子液體混合，使用功率為400瓦～800瓦的超聲處理3小時～24小時得到反應液，過濾所述反應液得到石墨烯納米帶。

在其中一個實施例中，將所述氯化物的插層碳納米壁與所述離子液體混合之前，還包括對所述氯化物的插層碳納米壁清洗及干燥的步驟：采用去離子水清洗所述氯化物的插層碳納米壁，經80℃～100℃真空干燥至恒重后。

在其中一個實施例中，還包括對所述石墨烯納米帶清洗及干燥的步驟：將過濾得到的所述石墨烯納米帶經加入有機溶劑過濾3次～6次，再加入去離子水過濾直至濾液用硝酸銀檢測無氯離子，然后將濾渣于60℃～100℃真空干燥至恒重。

在其中一個實施例中，所述有機溶劑為1-甲基-2-吡咯烷酮或N，N-二甲基甲酰胺。

在其中一個實施例中，所述氯化物插層劑為氯化鐵、氯化鎳、氯化銅、氯化鈷、氯化鉀、氯化鎂、氯化鉛、氯化鋅、氯化鈣及氯化鋇中的至少一種；所述離子液體為1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸、1-乙基-3-甲基咪唑三氟甲磺酰亞胺、1-乙基-3-甲基咪唑三氟甲磺酸、1-乙基-3-甲基咪唑三氟乙酸、1-乙基-3-甲基咪唑三氟甲磺酰碳、1-乙基-3-甲基咪唑五氟乙酰亞胺、1-乙基-3-甲基咪唑二氰化氮、1-乙基-3,5-二甲基咪唑三氟甲磺酰亞胺、1,3-二乙基-4-甲基咪唑三氟甲磺酰亞胺及1,3-二乙基-5-甲基咪唑三氟甲磺酰亞胺中的至少一種。