[發明專利]一種基于磁流變膠剝離制備石墨烯的方法

有效

• 申請號: 201710455770.9
• 申請日: 2017-06-16
• 公開（公告）號: CN107032335B
• 公開（公告）日: 2018-03-13
• 發明（設計）人: 陳慶;王鐳迪;曾軍堂
• 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

本發明涉及石墨烯剝離制備的技術領域，尤其是涉及一種基于磁流變膠剝離制備石墨烯的方法。

背景技術

石墨烯作為一種碳質新材料，是構筑零維富勒烯、一維碳納米管、三維石墨等sp2 雜化碳的基本結構單元，其具有獨特的載流子特性、電子傳輸阻力小、力學性能好、可產生量子干涉效應及不規則量子霍爾效應等。石墨烯具有廣闊的應用空間，在我國，對于其應用于納米生物傳感器、納米抗菌材料、導電薄膜、太陽能電池、能量儲存裝置、高速芯片等方面的研究已取得一些進展。在國外，石墨烯研究起步較早，其在航空航天領域、光子傳感器、納米電子器件、增強復合材料等方面的研究明顯領先我國。因此，我國應加強對石墨烯的研究。

石墨烯的制備方法中，機械剝離法簡單、高效、環保無污染，成為較好的選擇，但是，傳統的球磨機產生的機械能難以精確的控制，或損傷已剝離的石墨烯，或將已剝離的石墨烯擠壓再重疊?，F有的高混機由于剪切力、物料流速、物料運動方向的不可控也是不利于剝離石墨烯的。在這些方法中，隨著石墨尺寸的不斷減小，其能量傳遞效率越來越低，需要借助介質來傳遞能量，而這種傳遞是不均勻的，要想通過強行研磨減薄石墨是難以做到的，而且研磨過程中顆粒位置是相對靜止的，很難保證原料之間的均勻接觸，從而保證不了產品的均勻性，不但耗時長，且得到的石墨烯層數分布極不均勻，因而質量欠佳。

目前對于磁流變液的研究報道得較多。Xu等人發明了采用三步工序法制備磁流變液的方法，使懸浮的羰基鐵粉磁性顆粒表面均勻包覆著鎳金屬，不僅減小了磁性顆粒產生團聚的可能性，有效地阻止了顆粒的沉降，還可防止磁性顆粒的氧化，并且使得到的磁流變液的磁飽和強度大大提高，增強了抗沉降性、抗氧化性及抗團聚性。He等人以聚四氟乙烯、羰基鐵粉輔以填料和加工助劑，制得了具有負泊松特性的磁流變材料。Liao等人發明了制備磁流變粘彈性流體的制備方法，主要采用羥基鐵粉、甲基硅氧烷、苯基硅氧烷、堿性催化劑及其他助劑為原料，制得的粘彈性流體具有可壓縮性，耐磨損，使用壽命長，懸浮相靜止穩定性好，載體介質和添加劑在-90~250℃內穩定性均較好。

目前對磁流變膠的研究報道較少。Liu等采用聚合物單體、FeCl₂?4H₂O、FeCl₃?6H₂O、表面活性劑、NaOH、引發劑及催化劑，制備出了磁流變高分子凝膠，該過程形成三維交聯網絡結構，填充量更大，可控性更好，所得磁流變凝膠力學性能和磁流變性能兼優，拉伸強度及斷裂伸長率也較高。Guo等利用磁性顆粒、甲基硅油及溶膠溶液制備的磁流變復合膠，剪切屈服強度可達92kPa以上，添加納米SiO₂可進一步提高其屈服強度及儲能模量。Ye等研制的磁流變膠在較大磁場強度下，剪切應力較大，且對剪切率的依賴性很小，儲能模量可達7.98MPa，且儲能模量的變化曲線與磁流變液的變化趨勢一致。

目前，將鱗片石墨分散于磁流變膠中，并通過磁剪切作用產生的碰撞拉伸而剝離制備石墨烯的研究還未見報道。因此，本發明提出這樣一種方法，制備相應的磁流變膠，通過外加磁場，使分散于內的石墨在紊亂態中剝離生成石墨烯，以解決傳統機械剝離的弊端，具有很大的研究價值。

發明內容

本發明的目的是提供一種基于磁流變膠剝離制備石墨烯的方法，我們發現，磁流變體系在外界磁場的作用下，能夠產生剪切應力，其粘度、磁顆粒運動及體系受力情況能通過外界磁場加以控制。在磁流變體系中引入鱗片石墨，在施加外界磁場過程中，可在紊亂狀態下將石墨碰撞拉伸，剝離成為石墨烯。為了達到鱗片石墨在磁流變體系中的穩定分散，我們采用磁流變膠，而不是磁流變液作為磁流變體系。而且磁流變膠在運動過程中具有對石墨的拉伸作用，從而剝離石墨；解決傳統方法難以精確控制，剪切力傳遞不均勻，損傷已剝離的石墨烯或使其再重疊，石墨烯產品厚度極不均勻等缺陷，最主要的，創造性的應用磁流變膠在磁場下的受力及運動特點，對鱗片石墨進行碰撞拉伸，可保證石墨烯厚度均勻，質量高。

本發明涉及的具體技術方案如下：

一種基于磁流變膠剝離制備石墨烯的方法，利用磁流變膠的粘度、磁顆粒硬度及磁顆粒運動受外界磁場控制的特點，將鱗片石墨分散于磁流變膠，對其施加外加磁場，在磁剪切力、磁流變膠拉伸的作用下，鱗片石墨的層與層之間克服范德華力，發生相對位移，實現剝離制備石墨烯，具體步驟如下：