[發明專利]石墨烯的制備方法

有效

• 申請號: 201310097659.9
• 申請日: 2013-03-25
• 公開（公告）號: CN103130218A
• 公開（公告）日: 2013-06-05
• 發明（設計）人: 黃富強;唐宇峰
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海硅酸鹽研究所;常州盤石水泥有限公司
• 主分類號: C01B31/04
• 分類號: C01B31/04
• 代理公司: 上海瀚橋專利代理事務所(普通合伙) 31261
• 代理人: 曹芳玲;鄭優麗

技術領域

本發明涉及一種石墨烯的制備方法，尤其是采用球磨法制備石墨烯的方法，主要用于高質量宏量石墨烯的低成本制備。

背景技術

石墨烯是碳原子緊密堆積成單層二維蜂窩狀晶格結構的碳質材料，具有高熱導率、高載流子遷移率以及大比表面積等特點，還具有分數量子霍爾效應、量子霍爾鐵磁性和激子帶隙等現象。這些優異的性能和獨特的納米結構，使石墨烯成為近年來廣泛關注的焦點。目前石墨烯的制備方法主要有化學剝離法和化學氣相沉積法等。

例如：中國專利CN200910187298中報道了一種石墨烯的制備技術，具體為一種大尺寸石墨烯的制備方法，適用于大尺寸石墨烯的宏量制備。該方法包括：(1)采用大尺寸石墨為原料，利用改性Hummers方法對石墨原料進行弱氧化；(2)采用弱超聲或振蕩方法將分散在水中的氧化石墨進行溫和剝離，獲得氧化石墨烯；(3)采用多次離心方法，通過控制離心轉速和離心時間將氧化石墨烯分離，得到均勻的大尺寸氧化石墨烯；(4)將氧化石墨烯沉積在基體上，利用肼或水合肼還原，得到高質量、大尺寸石墨烯。

中國專利CN201010218410公開了一種合成石墨烯薄膜材料的方法，該方法通過化學氣相沉積的方法，采用氫氣加甲烷的混合氣氛，在銅基底上生長石墨烯薄膜；然后將生長了石墨烯薄膜的銅基底平放在表面被氧化了硅基底上，放入硝酸鐵溶液中，將銅基底溶掉，此時石墨烯薄膜將沉在硅基底上；接下來將溶液稀釋，再將沉有石墨烯的硅基底從溶液中取出用真空干燥箱烘干；再將沉有石墨烯的硅基底超聲清洗后，放入通氬氣保護的退貨爐中退火即可制的高質量的石墨烯樣品。本發明簡化了原來制備石墨烯薄膜所需要的復雜的步驟，避免了化學方法所需要的劇毒試劑，提高了石墨烯薄膜的生產效率，制備的石墨烯薄膜經拉曼光譜儀測量證明性能良好，具有很好的可重復性。

目前石墨烯的制備方法仍存在著一些問題。例如化學剝離法制備的石墨烯質量較差，石墨烯內部較多的缺陷，阻礙電子的快速傳輸。雖然通過化學氣相沉積制備的石墨烯具有較高的質量，但是不利于產業化低成本宏量制備。為了促進石墨烯的實用化，有必要開發低成本宏量制備石墨烯技術。

發明內容

面對現有技術存在的上述問題，為了實現石墨烯的低成本宏量制備，本發明提出一種石墨烯材料的制備方法，以胺基化合物為磨料，利用機械球磨法宏量制備石墨烯。

在此，本發明提供石墨烯的制備方法，其特征在于，包括：將石墨烯前驅體和胺基化合物混合均勻，球磨8～20小時得到混合均勻的石墨烯與胺基化合物混合粉末，其中球磨中利用胺基化合物將石墨前驅體（例如鱗片石墨、石墨粉、可膨脹石墨和膨脹石墨）剝離得到石墨烯，所述石墨前驅體與胺基化合物的質量比為1：（1～10）；將所述石墨烯與胺基化合物混合粉末分散溶劑，以將胺基化合物溶解；過濾，采用所述溶劑洗滌濾餅得石墨烯濕粉；以及將所述石墨烯濕粉置于真空干燥箱中于60～120℃，烘干5～12小時，制得石墨烯干粉。

本發明利用石墨（例如鱗片石墨、石墨粉、可膨脹石墨和膨脹石墨）為制備石墨烯的前驅體，在球磨過程中利用胺基化合物將膨脹石墨剝離得到石墨烯，制備方法工藝簡單，過程易控制，可用于宏量制備石墨烯，制得的石墨烯材料缺陷少，導電性能優異。

本發明中，所述石墨可為鱗片石墨、石墨粉、可膨脹石墨和膨脹石墨中的一種或它們的組合。

本發明中，所述胺基化合物包括咪唑類有機物、氨基酸類有機物、以及含胺基的烷烴類有機物，包括但不限于咪唑、甲基咪唑、丙氨酸、甘氨酸、蘇氨酸、十二胺、己二胺和辛二胺。

本發明中，所述溶劑包括水和有機溶劑。所述有機溶劑包括但不限于乙醇。

優選地，所述球磨的轉速為600r/min。

附圖說明

圖1示出本發明的方法制備的石墨烯材料的掃描電鏡照片。

具體實施方式

以下結合附圖及下述實施方式進一步說明本發明，應理解，附圖和下述實施方式僅用于說明本發明，而非限制本發明。

以下為了實現石墨烯的低成本宏量制備，本發明提出一種石墨烯材料的制備方法，以胺基化合物為磨料，利用機械球磨法宏量制備石墨烯。該石墨烯材料的制備方法工藝簡單，過程易控制，材料的導電性能優異。

本發明提出一種石墨烯材料的制備方法，本發明直接利用膨脹石墨為制備石墨烯的前驅體，主要采用固相球磨合成工藝，具體制備方法如下：