[發明專利]一種以超支化聚乙烯為助劑球磨法制備石墨烯的方法

有效

• 申請號: 202011480598.0
• 申請日: 2020-12-15
• 公開（公告）號: CN112645311B
• 公開（公告）日: 2022-02-11
• 發明（設計）人: 徐立新;張博遠;葉會見;王彥博
• 申請（專利權）人: 浙江工業大學;平湖市浙江工業大學新材料研究院
• 主分類號: C01B32/19
• 分類號: C01B32/19
• 代理公司: 杭州天正專利事務所有限公司 33201
• 代理人: 黃美娟;俞慧

本發明公開了一種以超支化聚乙烯為助劑球磨法制備石墨烯的方法，包括如下步驟：(1)將一定量的天然石墨和超支化聚乙烯在一定的有機溶劑中混合，充分混合均勻后去除溶劑，形成第一混合物；(2)再將第一混合物與高密度聚乙烯混合攪拌之后放入球磨罐形成第二混合物，并進行球磨處理，球磨過程中在超支化聚乙烯的輔助下，天然石墨被剝離成寡層石墨烯并粘附在高密度聚乙烯的表面，得到球磨產物；所述的高密度聚乙烯為顆粒狀、表面多孔的高密度聚乙烯；(3)將球磨產物分散于有機溶劑中，從球磨產物中去除高密度聚乙烯，得到石墨烯分散液。本發明方法簡單、容易操作、價格低廉、制備條件溫和、環境友好以及可以高效持續大量生產石墨烯。

技術領域

本申請涉及石墨烯制備領域，具體而言涉及一種以超支化聚乙烯為助劑制備石墨烯的方法。

背景技術

目前在電子信息，汽車，換熱器，航空航天器材上，導熱復合材料均被廣泛應用。目前電子，電器產品均朝著體積小，質量輕，集成度大高一級功率大的方向進行拓展。因此對于導熱材料的性能要求也在上升。在以前通常采用金屬材料，例如金屬和金屬氧化物，但使用金屬物質有一個很大的缺點，金屬物質耐腐蝕性能較差，因此金屬散熱材料的應用范圍就被大大限制。近年來導熱聚合物的應用越來越廣泛，因為其化學性質穩定，而且容積加工成型。

石墨烯在一開始通常被認為是不可能存在的，僅僅在理論上對其進項闡述，當在2004年在實驗室發現石墨烯并證明石墨烯真實可以存在之后，人們開始對這種非常理想化的納米材料進行研究，經過幾年的發展石墨烯的制備方法多出了很多，且逐漸可批量生產，就此石墨烯走進人們生活以及工業級領域的時間會越來越接近。

石墨烯的發現具有劃時代的意義，通過研究發現，石墨烯是一種集許多優異性能于一身的新型材料，例如在導電、導熱、等性能方面都有著很優秀的性能。石墨烯作為導電導熱材料，有著其他材料無法比擬的特點。石墨烯的導電性能和導熱性能相對于金屬材料與半導體材料相當優異，在電子科技領域中石墨烯薄膜作為導電導熱材料應用非常廣泛。

目前為止石墨烯的制備方法有很多：

1.機械剝離法

機械剝離法是使用微機械，從高定向石墨烯上剝離石墨烯，此方法的制備出來的石墨烯質量較好，但生產成本高、生產效率低不能工業化生產，在實際應用中，只能在實驗室進行小規模制備。

2.化學氣相沉積法

使用化學氣相沉積法制備石墨烯具有很多新的意義，首先化學沉積法生產的石墨烯質量較高，最重要的一點為氣相沉積法相對于機械剝離法可以實現石墨烯的大規模生產。但此類方法成本較高，尤其是催化劑的使用，且工藝復雜在有些地方還是受到限制。

3.氧化還原法

氧化還原法制備出的石墨烯作為復合材料中的改性填料,具有產量大、成本低的特點,這類石墨烯通常由插層膨脹剝離或氧化-還原法制備，氧化-還原法制備成本低廉且容易實現，這使得成為氧化-還原法成為制備石墨烯的最佳方法，而且運用此方法可以制備穩定的石墨烯懸浮液，解決了石墨烯不易分散的問題。氧化還原法制備石墨烯的大體步驟為：首先將天然石墨與強氧化性的物質進行反應，可以生成氧化石墨烯，此時由于范德華力的存在，是的石墨烯發生團聚。不能很好的形成單層片狀結構，此時將氧化石墨烯放入超聲波儀器中進行超聲分散，超聲波會在氧化石墨烯周圍產生瞬間的高溫高壓，使得團聚的石墨烯分散開來，進而形成單層的氧化石墨烯，此時在加入還原劑用以去除氧化石墨烯上的官能團，得到石墨烯。

氧化-還原法制備石墨烯同時也存在一定的缺點，在制備氧化石墨烯與去除氧化石墨烯上的官能團的實驗步驟中，大量氧化劑與還原劑的使用會產生很多強污染的工業廢料。氧化還原法制備的石墨烯結構完整性差，石墨片層厚且分布均勻性差等特點，相對于機械剝離法，氧化還原法制備的石墨烯結構缺陷大，這種缺陷會使得石墨烯力學性能和電學性能都有所損失。

4.溶劑剝離法