[發(fā)明專利]一種利用液相放電技術制備石墨烯粉體的方法

有效

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• 申請日: 2017-07-13
• 公開（公告）號: CN107285300B
• 公開（公告）日: 2019-06-07
• 發(fā)明（設計）人: 陳鵬萬;高鑫;周強
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: C01B32/19
• 分類號: C01B32/19;B82Y30/00;B82Y40/00
• 代理公司: 北京理工大學專利中心 11120
• 代理人: 楊志兵;仇蕾安

本發(fā)明涉及一種利用液相放電技術制備石墨烯粉體的方法，屬于液相放電技術和石墨烯制備技術領域。本發(fā)明所述方法利用液相放電產生的沖擊波效應，在微秒量級的時間內，剝離石墨分子層，得到寡層石墨烯；所述方法反應時間短，所制備的石墨烯結晶性好，生產成本低，工藝過程簡單。而且，本發(fā)明所述方法采用的裝置結構簡單，而且裝置無需采用特種材料，對裝置的技術要求低，充放電過程的參數(shù)能夠簡便、精確調節(jié)。

技術領域

本發(fā)明涉及一種石墨烯粉體的制備方法，特別涉及一種利用液相放電技術制備石墨烯粉體的方法，屬于液相放電技術和石墨烯制備技術領域。

背景技術

石墨烯是一種由單層碳原子緊密堆積成二維蜂窩狀晶格結構的新型碳材料。石墨烯的發(fā)現(xiàn)宣告了真正意義上獨立存在的二維材料，其優(yōu)異的力學性能、熱學性能、電學性能等，使其在物理學、化學、微電子學等領域有著廣泛的應用前景和較高的應用價值。石墨烯的高機械強度，使其能夠用于微機電和納機電系統(tǒng)期間的制造，在超輕防彈衣、超薄超輕型飛機材料等宏觀領域也有著無與倫比的優(yōu)勢。此外，石墨烯減小到納米尺度甚至單個苯環(huán)同樣保持很好的穩(wěn)定性和電學性能，使探索單電子器件成為可能。由于石墨烯鋸齒形邊緣態(tài)的存在，使石墨烯納米帶有望成為納米子軒電子學中的基本組件，實現(xiàn)納米電子器件的功能。借助于其較大的比表面積和導電特性等，石墨烯材料也廣泛應用于復合材料的制備，從而獲得更優(yōu)異的功能性材料，作為新型的高效催化劑或電極材料等使用

目前，石墨烯制備方法主要有：機械剝離法、化學氧化法、晶體外延生長法、化學氣相沉積法、溶劑剝離法等。機械剝離法通過實驗用膠帶反復剝離的方式獲得單層石墨烯，具有較高的質量，但存在產率低和成本高的不足，不滿足工業(yè)化生產要求?；瘜W氧化法通過合成氧化石墨烯后通過還原氧化石墨烯得到石墨烯薄膜，這種方法工藝簡單、成本低廉，但制備出的石墨烯質量較低。晶體外延生長法指通過加熱單晶SiC脫除Si，從而得到在SiC表面外延的石墨烯，但是這種方法條件苛刻(高溫、高真空)、且制造的石墨烯不易從襯底上分離出來，難以成為大量制造石墨烯的方法?；瘜W氣相沉積是反應物質在相當高的溫度、氣態(tài)條件下發(fā)生化學反應，生成的固態(tài)物質沉積在加熱的固態(tài)基體表面，進而制得石墨烯薄膜的工藝技術?；瘜W氣相沉積法可滿足規(guī)模化制備高質量、大面積石墨烯的要求，但現(xiàn)階段成本較高、工藝復雜。溶劑剝離法的原理是將少量的石墨分散于溶劑中，形成低濃度的分散液，利用超聲波的作用破壞石墨層間的范德華力，進行層層剝離，制備出石墨烯。溶劑剝離法與插層剝離類似，產物中單層率不高，且長時間超聲可能會破壞石墨烯的結構，所得的片層尺寸也較小。由此可知，目前沒有一種可應用于低成本、大規(guī)模生產石墨烯的成熟方法。

液相放電指放電系統(tǒng)中開關觸發(fā)后，形成高壓脈沖放電回路。在強電場作用下，電極間液體介質中電子被加速并與水分子碰撞產生更多的自由電子，逐步發(fā)展形成放電等離子體通道。該等離子體通道具有很強的紫外光轄射能力，并以超聲速向外膨脹產生沖擊波。其光輻射所具有的光效應以及沖擊波所產生的力效應具有廣闊的應用前景，如消毒、除垢、處理污水、模擬水中核爆炸、金屬成型等。但在材料制備等領域研究較少，對于液相放電制備石墨烯的研究鮮有報道。

現(xiàn)有的液相放電裝置包括調控單元、電極、放電腔體以及封閉容器；放電腔體浸沒在盛水的封閉容器內部，電極的放電端在放電腔體內，電極的另一端穿過封閉容器后與調控單元通過導線連接，放電腔體內兩根電極的放電端同軸相對；調控單元用于調節(jié)液相充放電過程中的相關參數(shù)。

發(fā)明內容

針對采用現(xiàn)有技術制備石墨烯粉體存在反應持續(xù)時間長、石墨烯結晶性差、能耗高、成本高以及對反應設備要求高的問題，本發(fā)明的目的在于提供一種利用液相放電技術制備石墨烯粉體的方法，所述方法利用液相放電產生的沖擊波效應，在微秒量級的時間內，剝離石墨分子層，得到寡層石墨烯；所述方法采用的裝置簡單、反應時間短、生產成本低、生產工藝簡單以及石墨烯結晶性好。

本發(fā)明的目的是通過以下技術方案實現(xiàn)的。

一種利用液相放電技術制備石墨烯粉體的方法，所述方法的具體步驟如下：