[發明專利]一種密煉機剝離制備石墨烯前驅體的方法及石墨烯前驅體

有效

• 申請號: 201610296453.2
• 申請日: 2016-05-06
• 公開（公告）號: CN105948028B
• 公開（公告）日: 2018-04-17
• 發明（設計）人: 陳慶;曾軍堂;廖大應;陳兵
• 申請（專利權）人: 成都新柯力化工科技有限公司
• 主分類號: C01B32/19
• 分類號: C01B32/19
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及石墨烯材料領域，具體涉及一種密煉機剝離制備石墨烯前驅體的方法及石墨烯前驅體。

背景技術

石墨烯 (graphene)，是一種由碳原子以 sp2 雜化軌道組成六角形呈蜂巢晶格的平面薄膜，僅有一個碳原子厚度的二維材料。2004 年英國曼徹斯特大學Andre Geim與Konstantin Novoselov成功利用膠帶剝離石墨的方式，證實可得到單層石墨烯，并獲得2010年的諾貝爾物理獎。石墨烯是目前世界上最薄也是最堅硬的材料，導熱系數高于納米碳管與金剛石，常溫下其電子遷移率亦比納米碳管或硅晶體高，電阻率比銅或銀更低，為目前世界上電阻率最小的材料。因此，開發低成本、高產率制備高質量石墨烯的方法成為商業應用的前提，也是研究關鍵之所在。

石墨烯的制備方法主要包括化學氣相沉積法、氧化插層再還原法、液相剝離法、機械剝離法。其中化學氣相沉積法可以獲得高質量的石墨烯，然而產率低，對襯底要求高，轉移存在極大的困難；氧化插層再還原法可以實現批量生產石墨烯，但是由于氧化過程中石墨烯的結構遭到破壞，難以得到高質量的石墨烯產品；液相剝離法是在合適的溶劑中，利用超聲能量對石墨片層進行解離，然而，溶劑剝離法制備石墨烯存在難以去除殘留溶劑的問題，而且溶劑剝離產率一般很低。相比之下，機械剝離法是一種能以低成本制備出高質量石墨烯的簡單易行的方法。

中國發明專利申請號201280019582.7公開了一種制備石墨烯的方法，將石墨通過研磨、球磨、氣流磨等借助離子液體研磨0.5-4個小時獲得石墨烯。借助離子液促進了石墨的剝離，但采用長時間的研磨獲得的石墨烯晶體尺寸小，而且借助離子液會使石墨烯層晶格受到影響。

中國發明專利申請號 201410260297.5公開了一種石墨烯的制備方法，將檸檬酸和/或草酸及其羧酸衍生物中的一種或一種以上的混合物等羧化劑作為石墨插層試劑進行球磨，但是使墨在羧化劑的插層作用下雖然能夠減薄剝離，但是由于研磨對石墨施加壓力，對剝離的石墨產生巨大的沖擊力，這種沖擊力會使石墨烯層產生結構缺陷，極易造成石墨烯層結構晶格缺陷，并且制備的石墨烯被羧化，產物需要進行再次處理。

中國發明專利申請號201410717660.1公開了一種水相剪切剝離制備石墨烯的方法，將原料石墨采用化學氧化插層或電化學插層的方法進行插層處理，使插層劑進入石墨層間，制備石墨插層化合物，后續采用剪切攪拌器攪拌進而制備獲得石墨烯。由于該方案中采用了硫酸、硝酸、高氯酸等強氧化劑作為插層劑，經過化學反應獲得石墨插層化合物，此法得到的石墨烯常有缺陷，影響石墨烯的導電性能，且會造成環境污染，限制了該法大規模的工業化應用。

根據上述，通過機械方式反復地研磨盡管獲得了石墨烯，但是由于受到研磨壓應力的作用，研磨撞擊對石墨晶格造成一定的破壞，由于研磨對石墨施加壓力，對剝離的石墨產生巨大的沖擊力，這種沖擊力會使石墨烯層產生結構缺陷，極易造成石墨烯層結構晶格缺陷，降低剝離后石墨烯的質量，此外，為了提高機械剝離效率，在機械處理之前對石墨進行插層處理過程中發生化學反應，容易破壞石墨烯結構，污染環境，不易于制備高質量石墨烯，難以實現規?；I生產。

發明內容

針對目前的對石墨機械剝離的方案中面臨的上述問題，本發明提出一種密煉機剝離制備石墨烯前驅體的方法及石墨烯前驅體，通過將石墨在過量插層劑的水分散液中長時間浸潤處理后，將呈濕潤狀的插層石墨與適量糖類物質混均送入密煉機，通過密煉機的剪切和拉伸，使石墨在糖類物質的粘接作用下被膠粘、拉伸、剪切剝離得到石墨烯前驅體與糖的混合物，然后經清洗、干燥得到石墨烯前驅體。本發明制備的前驅體是用于制備石墨烯的最佳原料，易于剝離成石墨烯。

為解決上述問題，本發明采用以下技術方案：

一方面提供一種密煉機剝離制備石墨烯前驅體的方法，所述方法包括如下步驟：

（1）以石墨粉作為原料，將所述原料和過量插層劑置于含有分散劑的去離子水中，所述原料與所述過量插層劑、所述含有分散劑的去離子水三者的質量比為1:（0.8-2）:（5-20），攪拌混合溶液至原料均勻分布，對所述混合溶液進行超聲處理，設置超聲功率為10-200KW，超聲處理2-30小時，得到浸潤的石墨粉分散液；

（2）將浸潤的石墨粉分散液進行離心處理，過濾得到濕潤的石墨粉，將濕潤的石墨粉與糖類物質攪拌共混，所述濕潤的石墨粉與糖類物質的質量比為1:4-20，得到石墨粉/糖混合物；