[發明專利]一種石墨烯枝晶的制備方法及其石墨烯枝晶

在審

• 申請號: 201410006530.7
• 申請日: 2014-01-07
• 公開（公告）號: CN103834993A
• 公開（公告）日: 2014-06-04
• 發明（設計）人: 張東;劉艷云
• 申請（專利權）人: 同濟大學
• 主分類號: C30B29/02
• 分類號: C30B29/02;C30B29/60;C30B7/12
• 代理公司: 上?？剖⒅R產權代理有限公司 31225
• 代理人: 葉敏華

技術領域

本發明屬于石墨烯衍生物領域，尤其是涉及一種石墨烯枝晶的制備方法及其石墨烯枝晶。

背景技術

石墨烯是具有單原子厚度的碳原子層，自2004年問世以來，已經在諸多領域引起了廣泛的關注，它們因其獨特的物理化學性質顯示出在光學、傳感、催化和電學等領域廣泛的應用前景。探索新型結構的石墨烯衍生物是強化石墨烯優異的本征性能和賦予它新功能的主要技術途徑。近年來，研究者相繼開發了一系列石墨烯衍生物的技術方法，制備得到了多種結構特異和性能獨特的石墨烯衍生物。例如石墨烯纖維、石墨烯薄膜／紙、泡沫石墨、活化石墨烯及石墨烯凝膠等石墨烯衍生物。為了充分開發石墨烯優異的光、電、磁性能還需要探索新的性能優異的石墨烯衍生物。

枝晶是指在遠離平衡態的條件下所形成的一種有明顯主干的樹枝狀晶體，枝晶生長是自然界中一種普遍的現象，自然界的雪花也是在過飽和的水蒸氣中結晶出現的枝晶，而在陶瓷，冶金及材料的優化處理過程中，枝晶就更普遍了。在枝晶生長的過程中，分支的方向是晶軸的方向，并且是有重復性的，最終形成自相似的外形特征。在微納米材料研究中，枝晶結構材料因為具有大的比表面積和整體的導電性而在光學、電磁學、表面物理化學、催化等諸多領域引起研究者的關注。枝晶的深入研究對開發新型材料具有重要的理論參考價值。

石墨烯枝晶是石墨烯衍生物的一種，到目前為止，還沒見相關文獻報道。傳統的氧化石墨烯電沉積過程中，忽視了極端條件的情況，僅僅制得了薄膜狀的石墨烯，而薄膜狀的石墨烯的電學、力學性能弱于石墨烯枝晶。

中國專利CN103172058A公布了一種三維網狀石墨烯的制備方法，在氧化石墨溶液的兩端插入電極，為電極施加方波電信號后，氧化石墨將在同一電極上經歷正方波電壓吸附，負方波電壓還原兩個過程，氧化石墨粒子在電極表面被吸附并還原，并以樹狀形式向上生長，最終堆積形成三維網狀石墨烯，包括以下步驟：以天然鱗片石墨為原料，制備氧化石墨并配制成氧化石墨懸浮液；將電極插入氧化石墨懸浮液的兩端；在電極上連接信號發生器，通過信號發生器為電極施加方波電信號，使得氧化石墨在同一電極上被吸附和還原，并以樹狀形式向上生長，最終堆積在一起，形成三維網狀石墨烯。該專利所用反應物為氧化石墨，在電場產生濃差極化過電位的情況下，由于反應物為氧化石墨，該粒子較厚，力學性能較大，在電極上被還原生成有立體感的三維枝狀物，即三維網絡的結構。

發明內容

本發明的目的就是為了克服上述現有技術存在的缺陷而提供一種具有優異的電學、力學性能的石墨烯枝晶的制備方法及其石墨烯枝晶。

本發明的目的可以通過以下技術方案來實現：

一種石墨烯枝晶的制備方法，在氧化石墨烯溶液的兩端施加方波電信號后，通過調控方波電信號的占空比、頻率、電壓，使得實際使用的電流密度超過極限電流密度，擴散過電位急聚增大，電極附近將嚴重缺乏氧化石墨烯粒子，只有粒子能達到的部分晶面還能繼續長大，而另一部分晶面卻被鈍化，電極上以須狀的枝晶物質生長，即為石墨烯枝晶。

該方法具體包括以下步驟：

(1)配制1～2mg／ml的氧化石墨烯溶液；

(2)將氧化石墨烯溶液倒入電化學反應容器中，電極的間距為10～100mm；

(3)用信號發生器為該電化學反應容器提供方波電信號，調節方波電信號的電壓大小為-100～100V，反應時間為1～2min，頻率為0.01～0.5Hz，使得電極附近嚴重缺乏氧化石墨烯粒子，只有粒子能達到的部分晶面還能繼續長大，而另一部分晶面卻被鈍化，形成形狀如樹枝的枝狀沉積層，即為石墨烯枝晶。

所述的電極為鎳電極或不銹鋼電極。

作為優選，步驟(3)中，調節方波電信號的頻率為0.1～0.2Hz。

所述的信號發生器與電極之間連接功率放大器，所述的功率放大器同時與示波器連接。

本發明采用裝置包括反應容器、電極、信號發生器、功率放大器和示波器。其中，反應容器為有機玻璃容器。信號發生器的型號為DG1022，產生方波，頻率的變化范圍在0～20MHz，主要用來輸出信號并把信號輸入到功率放大器中。功率放大器的型號為HVP-300A，其調壓范圍為0～300V(峰值)，主要用來輸出放大后的電信號，將電壓加載到氧化石墨溶液兩端的電極上。示波器的型號為DS1052E，用來觀察各種不同信號幅度隨時間的變化。

一種采用上述方法制得的石墨烯枝晶。