[發明專利]一種利用鉑絲制備石墨烯的裝置及方法

有效

• 申請號: 201710212527.4
• 申請日: 2017-03-25
• 公開（公告）號: CN106865535B
• 公開（公告）日: 2019-06-04
• 發明（設計）人: 張金玉;任一石;徐志爽
• 申請（專利權）人: 哈爾濱擺渡新材料有限公司
• 主分類號: C01B32/19
• 分類號: C01B32/19;C25B1/00;C25B9/06
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明涉及一種利用鉑絲制備石墨烯的裝置，所述裝置包括容器、鉑絲固定板、金屬板、弱酸電解液、電源、膨脹石墨蠕蟲和若干鉑絲，容器內充滿弱酸電解液和膨脹石墨蠕蟲的混合液，鉑絲固定板嵌裝在容器的底部，鉑絲固定板的內表面豎直焊有若干鉑絲。本發明主要利用了電解的原理，在得到的石墨烯中，單層石墨烯占的比重大，且該方法工藝簡單易行。

技術領域

本發明屬于石墨烯制備技術領域，具體涉及一種利用鉑絲制備石墨烯的裝置及方法。

背景技術

天然石墨烯是從石墨材料中剝離出來、由碳原子組成的的二維晶體。石墨烯既是最薄的材料，也是最強韌的材料，斷裂強度比最好的鋼材還要高200倍。同時它又有很好的彈性，拉伸幅度能達到自身尺寸的20％。它是目前自然界最薄、強度最高的材料，石墨烯目前最有潛力的應用是成為硅的替代品，制造超微型晶體管，用來生產未來的超級計算機。用石墨烯取代硅，計算機處理器的運行速度將會快數百倍。另外，石墨烯幾乎是完全透明的，只吸收2.3％的光。另一方面，它非常致密，即使是最小的氣體原子(氦原子)也無法穿透。這些特征使得它非常適合作為透明電子產品的原料，如透明的觸摸顯示屏、發光板和太陽能電池板。作為目前發現的最薄、強度最大、導電導熱性能最強的一種新型納米材料，石墨烯被稱為″黑金″，是″新材料之王″，科學家甚至預言石墨烯將″徹底改變21世紀″。

現有技術中，天然石墨烯的制備方法主要有兩種：機械方法和化學方法。機械方法包括機械分離法、取向附生法和加熱SiC的方法，化學方法主要是是化學還原法與化學解離法。

最普通的是微機械分離法，直接將石墨烯薄片從較大的晶體上剪裁下來。2004年Novoselovt等用這種方法制備出了單層石墨烯，并可以在外界環境下穩定存在。典型制備方法是用另外一種材料膨化或者引入缺陷的熱解石墨進行摩擦，體相石墨的表面會產生絮片狀的晶體，在這些絮片狀的晶體中含有單層的石墨烯。但缺點是此法是利用摩擦石墨表面獲得的薄片來篩選出單層的石墨烯薄片，其尺寸不易控制，無法可靠地制造長度足供應用的石墨薄片樣本。

取向附生法是利用生長基質原子結構“種”出石墨烯，首先讓碳原子在1150℃下滲入釕，然后冷卻，冷卻到850℃后，之前吸收的大量碳原子就會浮到釕表面，鏡片形狀的單層的碳原子“孤島”布滿了整個基質表面，最終它們可長成完整的一層石墨烯。第一層覆蓋80％后，第二層開始生長。底層的石墨烯會與釕產生強烈的交互作用，而第二層后就幾乎與釕完全分離，只剩下弱電耦合，得到的單層石墨烯薄片表現令人滿意。但采用這種方法生產的石墨烯薄片往往厚度不均勻，且石墨烯和基質之間的黏合會影響碳層的特性。

化學還原法是將氧化石墨與水以1mg/mL的比例混合，用超聲波振蕩至溶液清晰無顆粒狀物質，加入適量肼在100℃回流24h，產生黑色顆粒狀沉淀，過濾、烘干即得石墨烯。。化學解離法是將氧化石墨通過熱還原的方法制備石墨烯的方法，氧化石墨層間的含氧官能團在一定溫度下發生反應。

其中，電解法是最常用的制備石墨烯的方法，但是存在石墨烯產量過低，純度不高的問題。

發明內容

本發明的目的是為了解決現有石墨烯制備技術中，生產工藝復雜，石墨烯純度較低的問題，進而提供一種制備石墨烯的裝置及方法。

本發明的技術方案是：一種利用鉑絲制備石墨烯的裝置，所述裝置包括容器1、鉑絲固定板2、金屬板4、弱酸電解液5、電源6、膨脹石墨蠕蟲7和若干鉑絲3，金屬板4置于容器1的上方，容器1內充滿弱酸電解液5和膨脹石墨蠕蟲7的混合液，鉑絲固定板2嵌裝在容器1的底部，鉑絲固定板2的內表面豎直焊有若干鉑絲3，電源6的正極通過導線與鉑絲固定板2連接，電源6的負極通過導線與金屬板4連接。

進一步地，所述鉑絲固定板2與容器1之間用膠粘接。

進一步地，所述金屬板4用吊架置于容器1上方。

進一步地，弱酸電解液5為稀草酸或者稀硫酸等弱酸。