[發明專利]一種液相剝離制備石墨烯的方法

在審

• 申請號: 202011213669.0
• 申請日: 2020-11-04
• 公開（公告）號: CN114436250A
• 公開（公告）日: 2022-05-06
• 發明（設計）人: 黃明安;王璇;劉天明;溫淦尹
• 申請（專利權）人: 四會富仕電子科技股份有限公司
• 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

本發明涉及一種液相剝離制備石墨烯的方法，制備方法包括：將聚乙烯吡咯烷酮溶解于無水酒精中，得到0.1mg/L的酒精混合物；將鱗片石墨粉與濃氨水（25~28%）或者碳酸氫銨按照重量比3~5:1的比例進行混合得到石墨粉的混合物；最后把石墨粉的混合物與酒精混合物按照重量比0.5~1.5%的比例混合裝在密閉容器中，進行超聲處理20小時以上，靜置20小時以上，取上層混合液即得到液相石墨烯。

技術領域

本發明屬于碳材料技術領域，涉及一種液相剝離制備石墨烯的方法。

背景技術

石墨烯是一種由碳原子以sp 2 雜化軌道組成六角型、蜂巢晶格的二維碳納米材料，其特殊的單原子層結構決定了它具有豐富而新奇的物理性質，具有優異的光學、電學、力學特性，在材料學、微納加工、能源、生物醫學與藥物傳遞等方面具有重要的應用前景，被認為是一種未來革命性的材料。

對大量結構完整的高質量石墨烯材料的需要，要求提高現有石墨烯的制備工藝水平，實現石墨烯的大規模、低成本、可控的合成和制備，因此，大規模制備石墨烯具有重要的科學和實際意義，雖然目前發展了一些方法，但都難以滿足工業化生產，或者存在一定的缺陷，需進一步研究、完善這些制備方法，因此，大規模制備高質量石墨烯技術是制約其進入實際應用的瓶頸之一。

常見的石墨烯粉體的生產方法包括機械剝離法、氧化還原法、化學氣相沉積法(CVD)與液相剝離法等。

微機械剝離法優點是簡單，不易產生結構缺陷，但產量太低，面積太小，難以精確控制，效率較低，難以規模制備，不適合大規模的工業生產，一般僅僅是應用在實驗室的基礎研究中，所以無法滿足這一材料的發展應用；晶體外延生長法要求生長基底具有一定晶面取向，對設備及真空條件要求高，采用這種方法薄膜的石墨烯薄往往厚度不均勻，且石墨烯緊緊黏貼在基底上，極大地影響石墨烯的性能；化學氣相沉積方法(Chemical VaporDeposition CVD)是通過高溫使含碳有機小分子氣化還原，然后再降低溫度使氣態的原子沉積下來，在基體上漸漸生長出石墨烯，是一種大規模工業化制備半導體薄膜材料的方法，但該方法制備成本高、生產效率低；氧化石墨還原法是目前制備石墨烯最熱門的方法，石墨經強氧化劑氧化后，超聲剝離得到氧化石墨烯，最后用還原劑還原去除含氧官能團，這種方法簡便且成本較低，可以制備出大量石墨烯，但是，經過強氧化劑完全氧化過的石墨烯晶格結構很難完全還原，導致其一些物理、化學等性能損失(尤其是導電性)。

液相剝離方法是通過特定的溶劑或表面活性劑，用超聲的方法將石墨在溶劑中剝離，與微機械剝離和外延生長方法相比，液相剝離是一種有望實現石墨烯低成本大量制備的有效方法。

用液相剝離法得到的石墨烯分散液，其石墨烯的結構完整，品質質量高；且可以轉移到其它基底上用于制備石墨烯器件，也可以在分散液中與其他物質反應或共混，而用于制備石墨烯復合材料，因此，用液相剝離法規模化制備石墨烯被認為最有可能工業化的方法，且所得的石墨烯結構完整、沒有缺陷。

用液相剝離法制備石墨烯分散液在規模化制備、石墨烯品質高，容易功能化及原料廣泛與成本低等方面體現出其獨特的優勢，但是用液相剝離法制備石墨烯分散液在其工業化生產之前，仍然有一些問題需要解決：石墨烯分散液的穩定性問題、插層劑的效果問題、環境污染的問題。

發明內容

以上這三個問題，其中石墨烯分散液的穩定性問題是這些問題中最重要問題，這一問題通常通過加入表面活性劑來調節石墨烯的表面能。

剝離制備石墨烯需要克服石墨層與層之間的范德華力，而將石墨分散在液體中是一種直接的有效減小范德華力的方式，這就使得液相剝離法具有實現工業化的可能性。

為達到這一目標，通過對不同表面活性劑的比較發現，聚乙烯吡咯烷酮是一種理想分散、穩定石墨烯的表面活性劑。