[發(fā)明專利]一種石墨烯及其低成本制備方法

有效

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• 申請日: 2018-04-26
• 公開（公告）號: CN108314017B
• 公開（公告）日: 2020-02-14
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 顧健;龐愛民;郭翔;李磊
• 申請（專利權(quán)）人: 湖北航天化學(xué)技術(shù)研究所
• 主分類號: C01B32/184
• 分類號: C01B32/184
• 代理公司: 11009 中國航天科技專利中心
• 代理人: 范曉毅

本發(fā)明涉及一種石墨烯及其低成本制備方法，將塑料制品超聲清洗，隨后將塑料制品破碎并球磨，得到塑料制品微碎片；然后通過碳化，球磨獲得細(xì)粒度的碳化粉，再后對碳化粉進(jìn)行二次煅燒，并通過洗滌、純化、干燥后最終獲得石墨烯；本發(fā)明以塑料制品或日常廢棄塑料制品，尤其是聚乙烯塑料、聚苯乙烯塑料等為原料，通過特定工藝方法制備石墨烯，制備得到的石墨烯不僅具有成本低、層數(shù)可控、比表面積大、導(dǎo)電率高的優(yōu)點(diǎn)，而且以廢棄塑料為原料大大降低環(huán)保壓力；本方法適合于低成本石墨烯的制備和生產(chǎn)，成果可以應(yīng)用于導(dǎo)電材料、環(huán)保、涂料、散熱結(jié)構(gòu)、固體推進(jìn)劑的研制。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種石墨烯及其低成本制備方法，屬于石墨烯制備技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

石墨烯是一種由碳原子以sp²雜化軌道組成六角型呈蜂窩晶格的平面薄膜，只有一個碳原子厚度的二維材料。從石墨烯上“裁剪”出不同形狀的片層，翹曲能夠得到零維的富勒烯，卷曲可以得到一維桶狀的碳納米管，堆疊可以得到三維的石墨，因此我們認(rèn)為石墨烯是構(gòu)成其它碳材料的基本單元，是目前為止最為理想的碳材料。以石墨烯為代表的二維晶體材料的成功制備，開辟了新型納米材料和功能材料/器件發(fā)展的新紀(jì)元。

石墨烯獨(dú)特的晶體結(jié)構(gòu)，使其具有許多獨(dú)特的性能，如超大的比表面積、優(yōu)異的光學(xué)性能、良好的導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性、高的力學(xué)強(qiáng)度、高載流子濃度遷移率等。石墨烯的理論比表面積達(dá)到2630m²/g，大約3g石墨烯可以鋪滿一個標(biāo)準(zhǔn)足球場；石墨烯的光學(xué)透過率高達(dá)97.3％，近乎透明；石墨烯室溫下載流子遷移速率高達(dá)200000cm²/(V·s)，是硅的140倍；石墨烯的理論電導(dǎo)率為10⁴S/m，是室溫下導(dǎo)電性最佳的材料，并且其低溫條件下電阻率甚至趨近于零，熱導(dǎo)率高達(dá)5000W/(m·K)，高于碳納米管和金剛石，是室溫下銅的熱導(dǎo)率的10多倍，也是目前熱導(dǎo)率最高的材料；石墨烯的楊氏模量高達(dá)1TPa，是鋼的10幾倍，堪稱最硬的材料。石墨烯優(yōu)異的綜合性能使其在代替硅電子產(chǎn)品、光電子傳感器、納米電子器件、超級電容器、太陽能電池、燃料電池、鋰離子電池、透明導(dǎo)電觸摸面板、柔性顯示屏、生物/分子傳感器、光學(xué)調(diào)制器、醫(yī)藥材料、催化劑、抗菌/防腐蝕材料等十多個民用領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。

目前，石墨烯的制備方法較多，常見的制備方法包括微機(jī)械剝離法、SiC外延生長法、氧化還原法和化學(xué)氣相沉積(CVD)法。微機(jī)械剝離法可以制得微米級的石墨烯，但是其可控性差、產(chǎn)率較低，難以進(jìn)行規(guī)模化生產(chǎn)；采用外延生長法，通過加熱在SiC(0001)晶面表面外延生長可獲得大面積的單層石墨烯，但是其生長效率低、可控性差且難以轉(zhuǎn)移；氧化還原法是目前產(chǎn)業(yè)化石墨烯制備的主流方法，但是該方法獲得石墨烯缺陷較多導(dǎo)致層數(shù)較多、品質(zhì)較差，在電子領(lǐng)域應(yīng)用比較困難；CVD法是獲得高品質(zhì)石墨烯的途徑之一，但是其最大的問題也是難以產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)。因此，現(xiàn)有的主要制備技術(shù)存在成本高、產(chǎn)率低、耗時(shí)長、實(shí)驗(yàn)條件苛刻等問題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷，提供一種石墨烯及其低成本制備方法，該方法以塑料制品或日常廢棄塑料制品，尤其是聚乙烯塑料、聚苯乙烯塑料等為原料，通過特定工藝方法制備石墨烯，制備得到的石墨烯不僅具有成本低、層數(shù)可控、比表面積大、導(dǎo)電率高的優(yōu)點(diǎn)，而且以廢棄塑料為原料大大降低環(huán)保壓力；本方法適合于低成本石墨烯的制備和生產(chǎn)，成果可以應(yīng)用于導(dǎo)電材料、環(huán)保、涂料、散熱結(jié)構(gòu)、固體推進(jìn)劑的研制。

本發(fā)明的上述目的主要通過如下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)：

一種石墨烯的低成本制備方法，包括如下步驟：

(1)、將塑料制品破碎或裁切后進(jìn)行球磨，得到塑料碎片；

(2)、將所述塑料碎片在真空條件下進(jìn)行高溫碳化，并將碳化后得到的粉末塊進(jìn)行球磨，得到碳化粉；

(3)、將所述碳化粉在真空條件下，且通入還原氣體和保護(hù)氣體的條件下進(jìn)行煅燒；