[發明專利]一種基于干法的石墨烯表面改性方法

有效

• 申請號: 201710227076.1
• 申請日: 2017-04-10
• 公開（公告）號: CN106829949B
• 公開（公告）日: 2018-12-21
• 發明（設計）人: 張柯柯;霍福鵬;王悔改;張萌;趙培峰;姚懷;祝要民
• 申請（專利權）人: 河南科技大學
• 主分類號: C01B32/198
• 分類號: C01B32/198;C01B32/194
• 代理公司: 洛陽公信知識產權事務所(普通合伙) 41120
• 代理人: 王學鵬

一種基于干法的石墨烯表面改性方法，包括以下步驟：步驟一、將氧化石墨烯加入濃硝酸溶液中，超聲分散、過濾，濾餅用去離子水反復洗滌至中性，得粗化處理后的氧化石墨烯；步驟二、將步驟一中粗化處理后的氧化石墨烯置于球磨機中球磨，然后將醋酸銀倒入球磨機中與氧化石墨烯混合后再次球磨，得到氧化石墨烯/醋酸銀的混合物；步驟三、將步驟二中氧化石墨烯/醋酸銀的混合物置于馬弗爐中加熱，并通以氮氣氣氛，得到負載有Ag粒子的氧化石墨烯；步驟四、將步驟三中負載有Ag粒子的氧化石墨烯超聲處理后加入水合肼還原，制備得粒徑為30~100nm的Ag粒子均勻地分散在石墨烯表面。本發明方法操作簡單，可規模化生產，且沒有重金屬污染。

技術領域

本發明屬于石墨烯材料領域，特別涉及一種高效綠色的石墨烯表面改性技術。

背景技術

復合材料是由兩種或兩種以上的材料經過復合工藝而制備多相材料，各種材料在性能上互相取長補短，產生協同效應，使復合材料的綜合性能優于原組成材料而滿足各種不同的要求。復合材料由連續相的基體和被基體包容的相增強體組成。對于金屬基復合材料的制備而言，如何尋找一種本身性能優異，且與基體結合強度高的增強相，是制備高性能金屬基復合材料的關鍵。

英國曼徹斯特大學的Andre K. Geim等在2004年制備出石墨烯材料，其以獨特的力學性能和光電性能而得到了人們的廣泛關注。石墨烯具有獨特的單層或多層結構，具有強度高、模量大、比表面積大、電導率高、線膨脹系數低等優點。其中，石墨烯的楊氏模量為1100GPa，斷裂強度為125 GPa, 熱導率約為5000·Ｗｍ^-1·K^-1, 禁帶寬度約等于0，載流子遷移率達到2×105cm²·Ｖ^-1·s^-1。基于此，石墨烯納米材料被認為是一種理想的增強相用于金屬基復合釬料的制備中。

但是石墨烯極大的比表面積使其表面能很高，之間存在較強的范德華力作用，因此材料易于團聚；而且，石墨烯與金屬潤濕困難，與金屬材料粘結性較差，將石墨烯管直接用作金屬基復合材料的增強體時，往往難以形成良好的界面結合；除此之外，石墨烯密度較小，當石墨烯加入到金屬基體中時，容易浮在金屬基體表面。以上原因在很大程度上限制了其應用，因此，對石墨烯進行表面改性則顯得尤為重要。

目前使石墨烯表面金屬化的辦法主要包括：化學鍍和磁控濺射法。姜再興等人利用化學鍍方法，先將碳纖維去膠、脫脂處理，然后用濃酸粗化，之后用SnCl₂和PdCl₂分別進行敏化和活化處理；然后才載在鍍液里鍍銀。此種雖然鍍層質量比較好，但預處理工藝復雜，且要使用貴金屬Pd，成本較高，且有重金屬污染，產業化生產難度較大。吳紅艷等人利用磁控濺射技術在石墨烯表面嵌入金屬元素，以達到表面改性的目的。此方法雖然操作簡單，但靶材及磁控濺射設備昂貴，使該工藝的成本也非常高。

發明內容

相比于繁瑣的化學鍍工藝和昂貴的磁控濺射技術，本發明公布一種基于干法的石墨烯表面改性方法。

為了實現以上目的，本發明所采用的技術方案是：一種基于干法的石墨烯表面改性方法，使得石墨烯表面均勻附著Ag粒子，且Ag粒子呈球狀或橢球狀，粒徑為30-110nm，包括以下步驟：

步驟一、將氧化石墨烯加入濃硝酸溶液中，超聲分散1-3h，混合物離心過濾，濾餅用去離子水反復洗滌至中性，隨后干燥處理20-28h，得到粗化處理后的氧化石墨烯，備用；

步驟二、將步驟一中粗化處理后的氧化石墨烯置于球磨機中，球磨3-13h，后停止球磨，將醋酸銀倒入球磨機中與氧化石墨烯混合后再次球磨1-3h，得到氧化石墨烯/醋酸銀的混合物，備用；

步驟三、將步驟二中氧化石墨烯/醋酸銀的混合物置于馬弗爐中300℃加熱，并通以氮氣氣氛，保溫1.5-3.5h后，隨爐冷卻至室溫，得到負載有Ag粒子的氧化石墨烯，備用；