[發明專利]一種低層數、小尺寸石墨烯的快速制備方法

有效

• 申請號: 202011336608.3
• 申請日: 2020-11-25
• 公開（公告）號: CN112279241B
• 公開（公告）日: 2022-04-12
• 發明（設計）人: 姚林;王柯鈞;高華
• 申請（專利權）人: 德陽烯碳科技有限公司
• 主分類號: C01B32/184
• 分類號: C01B32/184
• 代理公司: 成都天嘉專利事務所(普通合伙) 51211
• 代理人: 向丹

本發明公開了一種低層數、小尺寸石墨烯的快速制備方法，以納米碳或厚度小于100nm的石墨烯為原料，在分散劑存在的情況下，將其分散于溶劑中，制得預分散液，再將預分散液的噴霧與可燃性氣體接觸，燃燒后制得石墨烯。本發明利用可燃氣體燃燒產生的高溫高壓的沖擊波，將充分分散后的納米碳或石墨烯擊碎，以達到細化納米碳或石墨烯的效果，從而制備出的片徑較小、且層數低的石墨烯。

技術領域

本發明屬于納米材料制備領域，具體的說，是一種低層數、小尺寸石墨烯的快速制備方法。

背景技術

石墨烯自2004年被發現以來就作為一種新型碳材料而備受關注。它是一種完全由sp2雜化的碳原子構成的厚度僅為單原子層或數個單原子層的準二維晶體材料，具有高透光性和導電性、導熱性、高比表面積、高強度及柔韌性等優異的性能。由于石墨烯本身具有優異的導熱能力，其熱導率高達5000 W/（m.K），是銅的10倍，此外石墨烯還具有高達2600m²/g的超高比表面積和100倍于鋼的超高強度，且具有很好的柔韌性和伸展性。

首先，作為新的納米材料，石墨烯的納米只存在縱向方向上，其平面方向一般都為5um以上，當石墨烯的二維尺寸降低到一定程度后，會出現特別的現象，例如：石墨烯量子點，由于其小的納米尺寸，具有量子限域效應、邊緣效應，從而出現的很多獨特的性能，這使得量子點有望在生物成像、生物傳感、藥物載體、發光二極管以及太陽能電池等領域都有潛在的應用。其次，小尺寸的石墨烯在一定程度上還能提升石墨烯的分散性，二維尺寸偏大的石墨烯的很容易出現折疊、卷曲等團聚現象，且在溶液中的分散性能也較差，因而降低石墨烯的二維尺寸會提升石墨烯的分散性，從而在合成纖維、防靜電材料、電磁吸波導電油墨、電池導電劑和高分子復合材料等方面具有廣闊的應用前景。因此，開發和研究小尺寸石墨烯的制備技術的十分必要。

公開號為CN104003375A，名稱為一種小尺寸石墨烯的制備方法的發明專利記載了一種通過高速旋轉的轉子方式結合離心分離的方式制備小尺寸石墨烯的方法，但是該種手段的效率低、耗能高且小尺寸石墨烯的收率很低。

公開號為CN106744873A，名稱為一種快速制備小尺寸石墨烯的方法的發明專利記載了一種通過利用膨脹石墨激光切割的方式制備小尺寸石墨烯的方法，但是其制備產品的D50大約為500nm，尺寸仍然很大且工序復雜。

公開號為CN106587027A ，名稱為一種快速制備小尺寸石墨烯的方法的發明專利記載了一種通過對石墨或者石墨烯的分散液進行加壓的方式制備小尺寸石墨烯的方法，其工序簡單，但是效果并不理想，其產品尺寸均處于1.02～3.3um之間，與常規石墨烯差別不大，通過調節石墨烯的制備工藝都可以達到，不具備工業應用前景。

公開號為CN110963488A，名稱為一種小尺寸氧化石墨烯的制備方法，以及公開號為CN102807209A，名稱為一種石墨烯量子點的制備方法的兩件發明專利均公開了一種利用對石墨烯進行二次氧化獲得小尺寸石墨烯的方法，但是該種處理對環境的傷害太大，不易擴大化生產。

公開號為CN110436448A，名稱為一種超低溫制備小尺寸石墨烯分散液的方法的發明專利記載了一種利用液氮反復處理石墨烯并結合超聲的方式制備小尺寸石墨烯的方法，但該種方式制備的工序復雜，成本高，不能量產，且在生產過程中存在一定的凍傷危險性。

基于上述情況，我們發現，現有制備小尺寸石墨烯的方法中，由于制備工藝的缺陷及其制備得到的石墨烯的尺寸大小并不理想，因此，難以實現工業化的大規模生產和應用。為更好的推動小尺寸石墨烯的工業化發展，我們需要找到是一種即能真正意義上得到小尺寸石墨烯，又能實現高效率的制備，使其在規模化生產過程具備商業化優勢的制備技術。

發明內容

本發明的目的在于提供一種低層數、小尺寸石墨烯的快速制備方法，利用可燃氣體燃燒產生的高溫高壓的沖擊波，將充分分散后的納米碳或石墨烯擊碎，以達到細化納米碳或石墨烯的效果，從而制備出的片徑較小、且層數低的石墨烯。