[發明專利]石墨烯及其制備方法

在審

• 申請號: 201610338374.3
• 申請日: 2016-05-20
• 公開（公告）號: CN107311161A
• 公開（公告）日: 2017-11-03
• 發明（設計）人: 鄭年添;鐘明修
• 申請（專利權）人: 富瑞精密組件（昆山）有限公司;鴻準精密工業股份有限公司
• 主分類號: C01B32/19
• 分類號: C01B32/19;H01G11/32;H01G11/34
• 代理公司: 深圳市賽恩倍吉知識產權代理有限公司44334
• 代理人: 薛曉偉

技術領域

本發明涉及一種石墨烯及其制備方法。

背景技術

石墨烯(Graphene)是單獨存在的具有二維有序結構的單層石墨片。石墨烯的碳原子形成SP²鍵，并具有單原子厚度的平面片材形式。石墨烯具有優異的力學、熱學、電學性能和光學性質，巨大的比表面積、室溫量子霍爾效應和良好的鐵磁性，是目前已知的在常溫下導電性能最好的材料。

由于石墨烯具有上述優異的性能，使其可以被廣泛應用于汽車、能源、航空、建筑、制藥和鋼鐵領域，以及各種電氣電子領域，諸如新一代材料、電容器、電磁屏蔽材料、傳感器、顯示器等。此外石墨烯可取代硅電氣電子材料。目前，石墨烯在各種領域中應用的技術已有諸多研究在進行。

然而，目前制約石墨烯材料研究和應用的主要因素為石墨烯難以規模化制備和制備過程中質量和產率難以控制。

發明內容

有鑒于此，有必要提供一種新的石墨烯的制備方法，以解決上述問題。

另，還有必要提供一種由上述石墨烯的制備方法制得的石墨烯。

一種石墨烯的制備方法，其包括如下步驟：

步驟S1，提供多個聚酰亞胺膜；

步驟S2，提供多個碳紙；

步驟S3，將該多個聚酰亞胺膜與多個碳紙交替層疊在一起，得到層疊體；

步驟S4，對所述層疊體進行碳化處理，得到中間體；

步驟S5，對所述中間體進行石墨化處理，得到聚酰亞胺人工石墨；

步驟S6，對所述聚酰亞胺人工石墨進行拆層，得到石墨烯。

一種石墨烯，該石墨烯由上述石墨烯的制備方法制得。

本發明的石墨烯的制備方法，首先以聚酰亞胺膜為原材料制得聚酰亞胺人工石墨，然后直接對該聚酰亞胺人工石墨進行拆層，即可得到石墨烯。由于聚酰亞胺人工石墨本身就具有較明顯的層狀結構，因此拆層容易，且可以得到表面積較大的石墨烯，可以用于工業化大規模生產石墨烯。此外，聚酰亞胺人工石墨的晶格缺陷較少，可以得到性能較好的石墨烯。

附圖說明

圖1為本發明較佳實施方式的石墨烯的制備方法的流程圖。

圖2為本發明實施例1的聚酰亞胺人工石墨的X射線衍射（XRD）圖。

圖3為本發明實施例1的聚酰亞胺人工石墨的拉曼光譜圖。

圖4為本發明實施例1的聚酰亞胺人工石墨的掃描電鏡圖。

圖5為本發明實施例1的石墨烯的掃描電鏡圖。

具體實施方式

請參閱圖1，本發明較佳實施方式提供一種石墨烯的制備方法，其包括如下步驟。

步驟S1，提供多個聚酰亞胺（PI）膜。

所述聚酰亞胺膜的厚度范圍優選為10~100μm。

步驟S2，提供多個碳紙，該每一碳紙的尺寸與所述聚酰亞胺膜的尺寸相同。

步驟S3，將所述多個聚酰亞胺膜與多個碳紙交替層疊在一起，得到一層疊體。其中，該層疊體的鄰近的每兩層碳紙之間具有至少10層聚酰亞胺膜。

所述碳紙主要用于溫度傳導，以確保所有的聚酰亞胺膜均能受熱。

步驟S4，對所述層疊體進行碳化處理，使層疊體中的聚酰亞胺膜被熱分解并碳化，得到一中間產物。

具體的，將所述層疊體放入真空碳化爐的加熱腔（圖未示）中，開啟該真空炭化爐，將加熱腔的溫度加熱至800~2000℃的碳化溫度，然后使層疊體在該碳化溫度下碳化40~50小時。其中，所述加熱腔加熱至800~2000℃所需要的時間大致為9~15小時。

步驟S5，對所述中間產物進行石墨化處理，使所述中間體的碳原子由亂層結構轉化為有序的石墨晶體結構，得到聚酰亞胺人工石墨。

具體的，將所述中間體放入高溫石墨化爐的加熱室中，開啟該真空石墨化爐，將加熱室的溫度加熱至2000~3300℃的石墨化溫度，然后使所述中間體在該石墨化溫度下石墨化50~60小時。其中，所述加熱室加熱至2000~3300℃所需要的時間大致為6~12小時。

所述聚酰亞胺人工石墨的厚度大致為5~70μm。該聚酰亞胺人工石墨的平面熱傳導率的范圍為1200~1600 W/(m·K)（瓦/（米·開爾文））。該聚酰亞胺人工石墨的垂直熱傳導率的范圍為10~15 W/(m·K)。

所述聚酰亞胺人工石墨本身就具有明顯的層狀結構，因此，該聚酰亞胺人工石墨容易被拆層，并得到較大面積的石墨烯。此外，該聚酰亞胺人工石墨的晶格缺陷少。

步驟S6，對所述聚酰亞胺人工石墨進行拆層，得到石墨烯。