[發(fā)明專利]一種制備分散在天然多糖中的石墨烯納米片材料的方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201610128528.6
• 申請日: 2016-03-08
• 公開（公告）號: CN107163297B
• 公開（公告）日: 2019-08-16
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 黃勇;高玉榮;吳敏
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院理化技術(shù)研究所
• 主分類號: C08L1/04
• 分類號: C08L1/04;C08L1/02;C08L3/02;C08L5/08;C08L1/08;C08K3/04;C09D11/52
• 代理公司: 北京正理專利代理有限公司 11257
• 代理人: 張文祎;趙曉丹

本發(fā)明公開一種高效率制備分散在天然多糖中的石墨烯納米片材料的方法及一種石墨烯納米片分散液的制備方法。該石墨烯納米片材料分散在天然多糖中，除去多糖后可以長時(shí)間穩(wěn)定分散在水中。本發(fā)明采用天然多糖與固體石墨混合，直接將混合物在氧氣氣氛中進(jìn)行機(jī)械研磨，得到分散在天然多糖中的厚度為0.33nm?9nm、單層或多層的石墨烯納米片復(fù)合材料。本發(fā)明所制備的石墨烯納米片材料將天然多糖作為分散劑分散在石墨烯納米片周圍，在氧氣氣氛中，石墨烯納米片與天然多糖界面之間的相互作用除了范德華力和CH?π相互作用，還發(fā)生了化學(xué)反應(yīng)，更有效地將石墨烯剝離效率從10％提高到80％。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于納米材料技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種制備分散在天然多糖中的石墨烯納米片材料的方法及制備石墨烯納米片分散液的方法。

背景技術(shù)

石墨烯是由單層碳原子緊密堆積成二維蜂窩狀晶格結(jié)構(gòu)的一種新型材料，自發(fā)現(xiàn)以來得到了廣泛的關(guān)注與研究。由于石墨烯具有優(yōu)異的力學(xué)、熱學(xué)、電學(xué)、光學(xué)性能，在導(dǎo)電薄膜、超級電容器、傳感器、復(fù)合材料等方面被人們寄予厚望。但是要想在未來實(shí)現(xiàn)大規(guī)模的應(yīng)用，石墨烯的大批量制備是首先需要解決的問題。

目前，石墨烯的主要制備方法有：化學(xué)氣相沉積法(CVD)、碳化硅基底上的外延生長法、基于石墨及其衍生物的直接合成法、電化學(xué)方法、切割碳納米管法、氧化石墨烯(GO)的化學(xué)還原法、石墨層間化合物途徑法、熱剝離法和機(jī)械剝離法。然而，迄今為止石墨烯的工業(yè)化生產(chǎn)還面臨如何低成本、大規(guī)模制備出期望結(jié)構(gòu)的石墨烯等問題。氧化石墨烯(GO)的化學(xué)還原法是目前應(yīng)用較多的制備石墨烯納米片的方法，但是其制備過程存在復(fù)雜、規(guī)模小、重金屬污染的問題，另外還原石墨烯所得到的石墨烯納米片會(huì)因?yàn)檫€原方法的不完全而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)上存在一定的缺陷。

石墨烯因其優(yōu)異的性能、極大的比表面積，非常適合于高性能復(fù)合材料的開發(fā)。纖維素作為天然可再生資源，具有生物可降解性、模量高、力學(xué)性能好等優(yōu)點(diǎn)，石墨烯纖維素復(fù)合材料具有應(yīng)用潛力。

我們發(fā)明了一種制備方法，可以簡單、大規(guī)模制備石墨烯納米片，并獲得由纖維素納米材料穩(wěn)定分散的石墨烯納米片材料。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的第一個(gè)技術(shù)問題是提供一種制備分散在天然多糖中的石墨烯納米片材料的方法。

本發(fā)明要解決的第二個(gè)技術(shù)問題是提供一種石墨烯納米片分散液的制備方法，納米片厚度為0.33nm-9nm，所述石墨烯納米片以單層或多層形式分散在溶劑中，有望應(yīng)用于導(dǎo)電油墨等方面。

為了解決上述第一個(gè)技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種制備分散在天然多糖中的石墨烯納米片材料的方法，該方法包括以下步驟：天然多糖與固體石墨混合，將混合物在氧氣氣氛中進(jìn)行機(jī)械研磨，得到分散在天然多糖中的厚度為0.33nm-9nm、單層或多層的石墨烯納米片復(fù)合材料。

在氧氣氣氛中，石墨烯納米片與天然多糖界面之間的相互作用除了范德華力和CH-π相互作用，還發(fā)生了化學(xué)反應(yīng)，球磨過程中產(chǎn)生自由基，在氧氣存在的情況下，石墨表面發(fā)生了氧化反應(yīng)，周圍環(huán)境中的纖維素中的含氧基團(tuán)如羥基也有可能接枝到石墨表面，羥基進(jìn)一步與纖維素形成氫鍵等相互作用，促進(jìn)纖維素對石墨的剝離，更有效地將石墨烯剝離程度從10％提高到80％。

優(yōu)選地，在天然多糖和固體石墨混合后，不加溶劑直接進(jìn)行機(jī)械研磨。

優(yōu)選地，在天然多糖和固體石墨混合后，將混合物在氧氣氣氛下進(jìn)行機(jī)械球磨。

優(yōu)選地，所述固體石墨占天然多糖重量的0.1wt％-80wt％(即天然多糖與固體石墨的重量比為1000:1-5:4)；更優(yōu)選地，固體石墨占天然多糖重量的0.5wt％-30wt％(即天然多糖與固體石墨的重量比為200:1-10:3)。

優(yōu)選地，研磨條件為100-500r.p.m,研磨時(shí)間為0.5-100小時(shí)；更優(yōu)選地，研磨條件為200-400r.p.m,研磨時(shí)間為2-50小時(shí)。