[發明專利]一種石墨烯的制備方法

有效

• 申請號: 201810183931.8
• 申請日: 2018-03-06
• 公開（公告）號: CN108358190B
• 公開（公告）日: 2020-12-15
• 發明（設計）人: 陳和奎
• 申請（專利權）人: 重慶諾獎二維材料研究院有限公司
• 主分類號: C01B32/184
• 分類號: C01B32/184
• 代理公司: 常州唯思百得知識產權代理事務所(普通合伙) 32325
• 代理人: 金輝

本發明提供一種石墨烯的制備方法，由如下方法制備：將炸藥、表面活性劑加入到碳源中，機械快速分散得到炸藥分散液，然后將炸藥分散液經氧化性氣體由噴霧器噴入密閉反應器中，經能量引發爆炸，得到石墨烯。該材料具有純度高、性能好、低層數、大面積、生成效率高、可大規模量產的優點，可在超級電容器、電池、電磁屏蔽、抗靜電等領域得到廣泛的應用。

技術領域

本發明涉及石墨烯領域，具體涉及一種石墨烯的制備方法。

背景技術

石墨烯是一種由碳原子以sp2雜化方式形成的蜂窩狀平面薄膜，是一種只有一個原子層厚度的準二維材料，所以又叫做單原子層石墨。由于石墨烯具有十分良好的強度、柔韌、導電、導熱、光學特性，在物理學、材料學、電子信息、計算機、航空航天等領域都得到了長足的發展。目前，石墨烯常見的粉體生成方法為機械剝離法、氧化還原法、SiC外延生長法，薄膜生產方法、化學氣相沉積法生產的石墨烯品質較高，但是均不能實現高效率大規模量產，且難以保證石墨烯的純度。為解決這一問題，中國專利201210160242.8將爆炸性物質與膨脹石墨混合后在密封反應器中高溫處理后得到石墨烯，該制備方法無還原物質或者還原氣氛存在，因此所得石墨烯純度不高，大多為氧化石墨烯，且該方法無法連續生產。中國專利CN107032338A將石墨粉分散在液態石蠟中，然后通過高壓噴霧噴入電極之間，使其在大電流中裂解形成石墨烯，該專利存在以下不足：①鑒于電流不能產生巨大的機械作用力，電流裂解生成的石墨粉難以剝離得到石墨烯；②石蠟不具備爆炸性，單純依賴裂解難以大量生成石墨烯，導致石墨烯產率極低，純度差，品質低。

發明內容

本發明提供了一種石墨烯的制備方法，包括以下制備步驟：

步驟1：制備炸藥分散液

將炸藥、表面活性劑加入到碳源中，機械快速分散得到炸藥分散液，其中炸藥、表面活性劑與碳源的質量比為1～20:0.1～5:100。

步驟2：制備石墨烯

將炸藥分散液經氧化性氣體由噴霧器噴入密閉反應器中，經能量引發爆炸，得到石墨烯，氧化性氣體與炸藥的質量比為1～20:100。

炸藥在引爆時釋放出巨大的能量和剝離機械力，巨大的能量使碳源在短時間內碳化成多層石墨烯，而巨大的機械力使碳化的石墨烯剝離成低層數的石墨烯。炸藥用量過大，爆炸時產生過大的能量和機械力，不僅容易將石墨烯氧化，而且還不利于大面積石墨烯的生成；炸藥用量過小，爆炸時產生的能量和機械力不夠，一方面不能將碳源完全石墨烯化，另一方面不利于低層數石墨烯的生成。

表面活性劑將炸藥穩定地分散在碳源中，有效防止出現炸藥在碳源中分層、沉淀等問題，從而不能將碳源均勻石墨烯化。表面活性劑用量過多，多余的表面活性劑不僅起不到作用且增加了成本，還影響石墨烯的純度；表面活性劑用量過小，炸藥在碳源中的分散穩定性欠佳。

液態碳氫化合物與氣態碳氫化合物相比具有較長的碳鏈，有利于生成碳鏈較長面積較大的石墨烯。碳源用量過大，難以完全轉化為石墨烯；碳源用量過小，生產的石墨烯中氧化石墨烯的含量較高。

氧化性氣體為炸藥的爆炸提供了條件。氧化性氣體用量過大，生成的石墨烯容易氧化成氧化石墨烯；氧化性氣體用量過小，炸藥難以發生爆炸或者爆炸時提供的能量和機械力有限，不能充分的將碳源石墨烯化和低層數化。

本發明的有益效果是：

1、本發明以液體碳氫化合物為碳源，碳鏈較長，有利于生成碳鏈較長面積較大的石墨烯。

2、本發明中的液體碳氫化合物在爆炸的過程中迅速碳化并剝離，形成高純度、高性能、低層數的石墨烯，同時該方法生成效率高、可大規模量產。

3、本發明中的液體碳氫化合物在爆炸生成石墨烯的同時，可作為還原劑抑制石墨烯的過度氧化，保證了石墨烯的純度。

具體實施方式