[發明專利]一種高強度石墨烯材料的制備方法

在審

• 申請號: 201810234562.0
• 申請日: 2018-03-21
• 公開（公告）號: CN108516828A
• 公開（公告）日: 2018-09-11
• 發明（設計）人: 王勇;夏英
• 申請（專利權）人: 蘇州牛麥田新材料科技有限公司
• 主分類號: C04B35/52
• 分類號: C04B35/52;C04B35/622
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

一種高強度石墨烯材料的制備方法，原料為：石墨、鄰苯二甲酸二酯、甲基異丁基甲酮、亞磷酸三壬基苯酯、SEBS、麻纖維、硬脂酸鈣、聚偏氟乙烯、氧化鋅、鈦白粉、PVC、CPE、SMA、氧化石墨烯和交聯劑，混合均勻、塑化造粒后煅燒即得；原料來源廣泛，成本低廉，洛氏硬度110?150，離火自熄，熱變形溫度提高20?30%；斷裂伸長率高達300?500%，拉伸強度80?120MPa；壓縮永久變形性好，能量密度高，導電性好，熱導率35?55W/（m·k）；印刷電極性好，高效節能，可以精確制備，各個組分之間產生協同作用，缺口沖擊強度70?110J/m，使用方便，導熱性好，工藝簡單，可以廣泛使用。

技術領域

本發明涉及石墨烯材料，尤其涉及一種高強度石墨烯材料的制備方法。

背景技術

石墨烯是已知強度最高的材料之一，同時還具有很好的韌性，且可以彎曲，石墨烯的理論楊氏模量達1.0TPa，固有的拉伸強度為130GPa。而利用氫等離子改性的還原石墨烯也具有非常好的強度，平均模量可大0.25TPa。由石墨烯薄片組成的石墨紙擁有很多的孔，因而石墨紙顯得很脆，然而，經氧化得到功能化石墨烯，再由功能化石墨烯做成石墨紙則會異常堅固強。

石墨烯在室溫下的載流子遷移率約為15000cm²/（V·s），這一數值超過了硅材料的10倍，是目前已知載流子遷移率最高的物質銻化銦（InSb）的兩倍以上。在某些特定條件下如低溫下，石墨烯的載流子遷移率甚至可高達250000cm²/（V·s）。與很多材料不一樣，石墨烯的電子遷移率受溫度變化的影響較小，50~500K之間的任何溫度下，單層石墨烯的電子遷移率都在15000cm²/（V·s）左右。

石墨烯常見的粉體生產的方法為機械剝離法、氧化還原法、SiC外延生長法，薄膜生產方法為化學氣相沉積法CVD。

基于石墨烯的復合材料是石墨烯應用領域中的重要研究方向，其在能量儲存、液晶器件、電子器件、生物材料、傳感材料和催化劑載體等領域展現出了優良性能，具有廣闊的應用前景。目前石墨烯復合材料的研究主要集中在石墨烯聚合物復合材料和石墨烯基無機納米復合材料上，而隨著對石墨烯研究的深入，石墨烯增強體在塊體金屬基復合材料中的應用也越來越受到人們的重視。石墨烯制成的多功能聚合物復合材料、高強度多孔陶瓷材料，增強了復合材料的許多特殊性能。

2004年，英國曼徹斯特大學的兩位科學家安德烈·蓋姆（Andre Geim）和康斯坦丁·諾沃消洛夫（Konstantin Novoselov）發現他們能用一種非常簡單的方法得到越來越薄的石墨薄片。他們從高定向熱解石墨中剝離出石墨片，然后將薄片的兩面粘在一種特殊的膠帶上，撕開膠帶，就能把石墨片一分為二。不斷地這樣操作，于是薄片越來越薄，最后，他們得到了僅由一層碳原子構成的薄片，這就是石墨烯。

這以后，制備石墨烯的新方法層出不窮。2009年，安德烈·蓋姆和康斯坦丁·諾沃肖洛夫在單層和雙層石墨烯體系中分別發現了整數量子霍爾效應及常溫條件下的量子霍爾效應，他們也因此獲得2010年度諾貝爾物理學獎。在發現石墨烯以前，大多數物理學家認為，熱力學漲落不允許任何二維晶體在有限溫度下存在。所以，它的發現立即震撼了凝聚體物理學學術界。雖然理論和實驗界都認為完美的二維結構無法在非絕對零度穩定存在，但是單層石墨烯能夠在實驗中被制備出來。

石墨烯內部碳原子的排列方式與石墨單原子層一樣以sp2雜化軌道成鍵，并有如下的特點：碳原子有4個價電子，其中3個電子生成sp2鍵，即每個碳原子都貢獻一個位于pz軌道上的未成鍵電子，近鄰原子的pz軌道與平面成垂直方向可形成π鍵，新形成的π鍵呈半填滿狀態。研究證實，石墨烯中碳原子的配位數為3，每兩個相鄰碳原子間的鍵長為1.42×10-10米，鍵與鍵之間的夾角為120°。除了σ鍵與其他碳原子鏈接成六角環的蜂窩式層狀結構外，每個碳原子的垂直于層平面的pz軌道可以形成貫穿全層的多原子的大π鍵與苯環類似，因而具有優良的導電和光學性能。

發明內容