技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種石墨烯三維實(shí)體的制備方法。

背景技術(shù)

隨著石墨烯的發(fā)現(xiàn)，其優(yōu)異的電學(xué)性質(zhì)、力學(xué)性質(zhì)、熱學(xué)性質(zhì)和磁學(xué)性質(zhì)引起了人們的廣泛關(guān)注，同時(shí)制備石墨烯的方法也層出不窮，主要有微機(jī)械剝離法(Novoselov，K.S.，Geim，A.K.，Morozov，S.V.，Jiang，D.，Zhang?Y.，Dubonos，S.V.et?al.Science?2004，306，666)、化學(xué)法(Stankovich，S.，Dikin，D.A.et?al.Carbon?2007，45，1558)和外延生長(zhǎng)法(Kim，K.S.，Zhao，Y.et?al.Nature?2009，457，706)，研究人員對(duì)這些方法制得的石墨烯進(jìn)行了多方面性質(zhì)的研究，但研究的對(duì)象大都是厚度為微米量級(jí)以下的石墨烯薄膜。石墨烯三維實(shí)體是石墨烯片雜亂的團(tuán)聚在一起形成的，層數(shù)較多且結(jié)合較雜亂，厚度在100微米以上，現(xiàn)有技術(shù)中，很少有人研究石墨烯三維實(shí)體的制備(Park，S.J.，An，J.H.，Suk，J.W.，Ruoff，R.S.Small?2009，6，210；Chen，H.，Muller，M.B.，Gilmore，K.J.，Wallace，G.G.，Li，D.Adv.Mater.2008，20，3557)。有些研究人員利用水熱還原法制備出了石墨烯三維實(shí)體(Xu，Y.X.，Sheng，K.X.，Li，C.et?al.ACS?NANO?2010，4，4324)，它們的力、電性能相對(duì)于以前利用膠體自組裝所得的實(shí)體性能有了很大提高，不過(guò)這些實(shí)體都是在沒(méi)加堿性溶液的前提下獲得的，致使這些實(shí)體的表面很粗糙，另外致密度也不高，使其不能滿足很多領(lǐng)域的要求。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供了一種制備石墨烯三維實(shí)體的方法，所制得的石墨烯三維實(shí)體表面光滑，致密度高，同時(shí)強(qiáng)度、密度和電導(dǎo)率都得到了很大提高。

本發(fā)明是采用水熱還原法，按照包括以下步驟的方法制備：將氧化石墨烯與水混合，進(jìn)行攪拌或超聲分散，形成質(zhì)量體積濃度為1mg/ml-10mg/ml的氧化石墨烯溶液，接著加入堿性溶液，并使溶液pH值處于8-13的范圍；將該溶液倒入水熱反應(yīng)釜中，置于干燥箱中升溫至100℃-400℃反應(yīng)，持續(xù)3h?48h，然后冷卻，取出烘干，得到石墨烯三維實(shí)體。

作為本發(fā)明的一種改進(jìn)，將干燥箱的反應(yīng)溫度設(shè)定為150℃-280℃，這樣制得的產(chǎn)品品質(zhì)更好。

本發(fā)明的一種改進(jìn)，溶液倒入水熱反應(yīng)釜中后，置于干燥箱中的反應(yīng)時(shí)間為持續(xù)8h-24h，這樣同樣可提高產(chǎn)品品質(zhì)。

本發(fā)明制備過(guò)程中所用的堿溶液為氨水、氫氧化鈉、氫氧化鉀、碳酸鈉中的任一種或幾種組合，當(dāng)然也可以是其他類似的堿溶液。

本發(fā)明的一種改進(jìn)，將氧化石墨烯溶液的pH值調(diào)制在9-11之間，根據(jù)該值控制加入各種堿性物質(zhì)的量，有利于提高產(chǎn)品品質(zhì)。

本發(fā)明的一種改進(jìn)，反應(yīng)釜置于干燥箱中升溫的速率控制在5℃/min-100℃/min。

本發(fā)明的一種改進(jìn)，石墨烯三維實(shí)體的烘干采用負(fù)壓或常壓烘干，烘干溫度控制在10℃-80℃。

本發(fā)明將氧化石墨烯溶液置于反應(yīng)釜中，利用高溫高壓得到了還原后的石墨烯，在反應(yīng)的過(guò)程中利用石墨烯的膠體性質(zhì)及還原后憎水團(tuán)聚的性質(zhì)，得到了力電性能優(yōu)良的石墨烯三維實(shí)體，特別是堿溶液的加入，起到了以下兩方面的作用：一是堿本身也可以對(duì)氧化石墨烯進(jìn)行還原，所以在一定程度上輔助了水熱法還原氧化石墨烯；二是堿的加入使得結(jié)合成石墨烯實(shí)體的顆粒尺寸減小。綜合二者使得石墨烯三維實(shí)體的表面粗糙程度大幅下降和致密度得到了極大提高，同時(shí)力學(xué)性能和電學(xué)性能都有了很大程度的提高，從而對(duì)石墨烯的宏觀應(yīng)用開(kāi)辟了一條新路。制備方法操作方便，簡(jiǎn)單易行。

附圖說(shuō)明

圖1為未加氨水所制得的的石墨烯三維實(shí)體的掃描電子顯微圖片。

圖2為加氨水調(diào)制pH＝10所制得的的石墨烯三維實(shí)體的掃描電子顯微圖片。

圖3為加氨水調(diào)制pH＝10所制得的石墨烯三維實(shí)體的剖面低倍掃描電子顯微照片。

圖4為加氨水調(diào)制pH＝10所制得的石墨烯三維實(shí)體的剖面高倍掃描電子顯微照片。

圖5為加氨水調(diào)制pH＝8所制得的石墨烯三維實(shí)體的掃描電子顯微圖片。

圖6為加氫氧化鈉調(diào)制pH＝13所制得的石墨烯三維實(shí)體的掃描電子顯微圖片。

具體實(shí)施方式：

實(shí)施例1：第一步，稱取55mg的氧化石墨烯片，置于燒杯中，在燒杯中加入33ml去離子水，接著進(jìn)行超聲分散(40KHz、15min)，使溶液無(wú)明顯顆粒，然后加入氨水使溶液pH值為10；