[發明專利]一種石墨烯納米窄帶及其制備方法和用途

在審

• 申請號: 202110236329.8
• 申請日: 2021-03-03
• 公開（公告）號: CN112850695A
• 公開（公告）日: 2021-05-28
• 發明（設計）人: 翁千越
• 申請（專利權）人: 上海賽普瑞特生物科技有限公司
• 主分類號: C01B32/184
• 分類號: C01B32/184
• 代理公司: 上海光華專利事務所(普通合伙) 31219
• 代理人: 高燕;許亦琳

本發明提供一種石墨烯納米窄帶及其制備方法和用途，所述石墨烯納米窄帶的制備方法包括：1)聚乙烯醇納米絲膜制備：采用8wt％～15wt％的聚乙烯醇水溶液或聚乙烯醇乙醇溶液為紡絲液采用靜電紡絲技術形成聚乙烯醇納米纖維膜；2)對聚乙烯醇納米纖維膜碳化：在聚乙烯醇納米纖維膜上添加催化劑，然后在惰性氣體氛圍和400～500℃下處理至少2h；然后酸洗，再水洗形成碳化膜；3)石墨化：碳化膜在惰性氣體氛圍和1250～1350℃下處理至少3h。本發明技術方案形成的石墨烯納米窄帶是條帶結構，具有的優良的單向導電性和單向導熱性，避免了二維石墨烯的平面堆垛帶來的穩定性差的缺陷，有望用于集成電路中作為具有超導特性的導線。

技術領域

本發明涉及石墨烯，特別是涉及一種石墨烯納米窄帶及其制備方法和用途。

背景技術

碳素材料是材料領域的一個重要分支，從上世紀末到本世紀，在理論領域和技術領域里不斷涌現出新型碳同素異形體和碳素新材料。20世紀80年代以前，人們知道的碳的同素異形體只有石墨、金剛石和無定形碳3種，20世紀80年代后接連發現了新的碳的同素異形體：富勒烯(碳60，C60)、碳納米管和石墨烯。特別是2004年發現的石墨烯(Graphene)是一種碳元素的原子尺度上的二維平面晶體，打破了傳統物理學的概念，形成了科學上的新理論和新技術，也為材料科學領域帶來一種神奇的新材料。石墨烯是一種有許多奇異性質的物質，引發了物理和化學理論的發展，也引發了材料科學的革命性變革。石墨烯是碳的一種二維平面晶體，最初由三維的石墨晶體從縱向剝離，最終得到單層的石墨，即石墨烯。

石墨烯雖然有許多奇異的性質，但是作為單原子層的二維晶體，由于巨大的表面自由能，二維石墨烯處于不穩定狀態，會自發疊合，恢復成石墨的三維多層結構，石墨烯優越的性質也隨之消失。與石墨烯的平面二維晶體不同，石墨烯納米窄帶會自發卷成螺旋狀，從而避免了面-面疊合，保持了石墨烯優良的性質。另外，石墨烯納米窄帶在電子學方面還有許多不同于石墨烯的新奇性質。

發明內容

鑒于以上所述現有技術的缺點，本發明的目的在于提供一種石墨烯納米窄帶及其制備方法和用途，用于解決現有技術中的問題。

為實現上述目的及其他相關目的，本發明是通過包括以下技術方案獲得的。

本發明提供一種石墨烯納米窄帶的制備方法，包括如下步驟：

1)聚乙烯醇納米絲膜制備：采用8wt％～15wt％的聚乙烯醇水溶液或聚乙烯醇乙醇溶液為紡絲液采用靜電紡絲技術形成聚乙烯醇納米纖維膜；

2)對聚乙烯醇納米纖維膜碳化：在聚乙烯醇納米纖維膜上添加催化劑，然后在惰性氣體氛圍和400～500℃下處理至少2h；然后酸洗，再水洗；

3)石墨化：在惰性氣體氛圍和1250～1350℃下處理至少3h。

根據上述所述的制備方法，所述聚乙烯醇納米纖維膜的厚度為1nm～3.5nm。單層石墨烯的厚度約為0.35nm，本申請中聚乙烯醇納米纖維膜的厚度大約是3～10層單層石墨烯的厚度。根據上述所述的制備方法，所述聚乙烯醇納米纖維膜中納米纖維的直徑為100～800nm。

根據上述所述的制備方法，在400～500℃下處理3～5h。如處理3h、3.5h、4h、4.5h或5h。

根據上述所述的制備方法，在1250～1350℃下處理3～5h。如處理3h、3.5h、4h、4.5h或 5h。

根據上述所述的制備方法，石墨化中，采用剛玉管式爐處理。

根據上述所述的制備方法，石墨化中，以(3～10)℃/min的升溫速率升溫至400～500℃。如可以為400℃、410℃、420℃、430℃、440℃、450℃、460℃、470℃、480℃、490℃或500℃。